JP2003280041A - Light deflecting element, light deflector, and image display device - Google Patents

Light deflecting element, light deflector, and image display device

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JP2003280041A
JP2003280041A JP2002079156A JP2002079156A JP2003280041A JP 2003280041 A JP2003280041 A JP 2003280041A JP 2002079156 A JP2002079156 A JP 2002079156A JP 2002079156 A JP2002079156 A JP 2002079156A JP 2003280041 A JP2003280041 A JP 2003280041A
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JP
Japan
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liquid crystal
light
optical
phase
crystal layer
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Application number
JP2002079156A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Sugimoto
浩之 杉本
Toshiaki Tokita
才明 鴇田
Yumi Matsuki
ゆみ 松木
Yoshirou Futamura
恵朗 二村
Masanori Kobayashi
正典 小林
Yasuyuki Takiguchi
康之 滝口
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light deflecting element having simple configuration, a small size, quick responsiveness suitable for a pixel shift element and a deflection quantity stable to the change of temperature. <P>SOLUTION: The light deflecting element has a pair of transparent substrates 2 and 3 opposed to each other at a prescribed interval by using a spacer means, a liquid crystal layer 5 held in a layer shape between the substrates and capable of forming a chiral smectic C phase, a vertical alignment layer 4 formed on the surface of at least one substrate 2 on the side in contact with the liquid crystal layer 5 and one or more pairs of electrodes 6 disposed so that an electric field can be applied to the liquid crystal layer in the direction nearly orthogonal to the layer thickness direction and the liquid crystal layer 5 is constituted of a liquid crystal material which does not form a smectic A phase at the temperature higher than the temperature at which the chiral smectic C phase is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、光偏向素子・光
偏向装置および画像表示装置に関する。この発明は、プ
ロジェクションディスプレイ、ヘッドマウントディスプ
レイなどの電子ディスプレイ装置に好適に利用できる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light deflection element / light deflection device and an image display device. INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized suitably for electronic display apparatuses, such as a projection display and a head mounted display.

【0002】[0002]

【従来の技術】光偏向素子は、外部からの電気信号によ
り光の光路を偏向させる光学素子として知られている。
即ち、光偏向素子から射出する射出光の光軸を、入射光
に対して「平行にシフト」および/または「角度を持っ
て回転」させることができる。
2. Description of the Related Art A light deflection element is known as an optical element that deflects an optical path of light by an electric signal from the outside.
That is, the optical axis of the light emitted from the light deflection element can be “shifted in parallel” and / or “rotated at an angle” with respect to the incident light.

【0003】光偏向素子として従来から知られた「電気
光学デバイスや音響光学デバイス」に比して安価に実現
できるものとして「液晶を用いる光偏向素子」が提案さ
れ、実施されつつある(特開平6−18940号公報、
特開平9−133904号公報等)。
As an optical deflecting element, an "optical deflecting element using a liquid crystal" has been proposed and is being implemented as an element that can be realized at a lower cost than the conventionally known "electro-optical device and acousto-optical device". 6-18940 gazette,
JP-A-9-133904).

【0004】一方、近来、液晶ライトバルブ等の画像表
示素子を用いるプロジェクタ等のディスプレイ装置にお
いて、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフ
ィールド毎に、画像表示素子からの画像光の光路を偏向
し、サブフィールド毎の光路偏向に応じて表示位置がず
れた状態の画像パターンを表示することにより、画像表
示素子の画素数を「見かけ上増倍」して表示することが
行われ、上記光路の偏向を行う「ピクセルシフト素子」
として、光偏向素子が用いられるようになってきている
(特許第2939826号公報、特開平5−31311
6号公報、特開平6−324320号公報、特開平10
−133135号公報等)。
On the other hand, recently, in a display device such as a projector using an image display element such as a liquid crystal light valve, the optical path of the image light from the image display element is deflected for each of a plurality of subfields obtained by temporally dividing the image field. However, by displaying an image pattern in which the display position is displaced according to the optical path deflection for each subfield, the number of pixels of the image display element is "apparently multiplied" for display. "Pixel shift element" that deflects
As such, an optical deflecting element has come to be used (Japanese Patent No. 2939826 and Japanese Patent Laid-Open No. 5-31311).
6, JP-A-6-324320, JP-A-10
-133135 gazette etc.).

【0005】ピクセルシフト素子は「高速駆動に対して
良好な応答性を持つこと」が必要であるが、上記特開平
6−18940号公報や特開平9−133904号公報
に記載された「液晶を用いた光偏向素子」は、液晶材料
がネマチック液晶やスメクチックA相の強誘電液晶であ
るため、ピクセルシフト素子に求められるサブミリ秒で
の応答速度を実現することは難しい。
Pixel shift elements are required to "have good responsiveness to high-speed driving", but the "liquid crystal is described in the above-mentioned JP-A-6-18940 and JP-A-9-133904. Since the liquid crystal material used is a nematic liquid crystal or a smectic A phase ferroelectric liquid crystal, it is difficult to realize the sub-millisecond response speed required for the pixel shift element.

【0006】応答速度の速い液晶材料として「キラルス
メクチックC層」を示すものがあり、これを用いた光変
調素子(特開平7−20417号公報)や、高コントラ
ストの液晶素子(特開平7−306421号公報)が知
られている。
As a liquid crystal material having a high response speed, there is a material showing a "chiral smectic C layer", and a light modulation element using the same (JP-A-7-20417) and a high-contrast liquid crystal element (JP-A-7-27). No. 306421) is known.

【0007】液晶を用いた光偏向素子をプロジェクタの
ピクセルシフト素子として用いる場合、素子面積が比較
的大きく、光源の熱の影響により高温領域で使用される
ことになるが、このような場合、光偏向素子としての光
学特性が温度変化とともにどのように変化するかを考慮
する必要がある。
When a light deflection element using a liquid crystal is used as a pixel shift element of a projector, the element area is relatively large and it is used in a high temperature region due to the influence of heat from a light source. It is necessary to consider how the optical characteristics of the deflecting element change with changes in temperature.

【0008】即ち、液晶分子のチルト角の温度依存性が
十分に考慮されなければならないが、特開平7−204
17号公報や特開平7−306421号公報では、液晶
分子のチルト角の温度依存性による光学特性の変化につ
いては充分に検討されていない。
That is, the temperature dependence of the tilt angle of the liquid crystal molecules must be fully taken into consideration.
Japanese Patent Laid-Open No. 17-306421 and Japanese Patent Laid-Open No. 7-306421 do not sufficiently examine the change in optical characteristics due to the temperature dependence of the tilt angle of liquid crystal molecules.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述したと
ころに鑑み、構成簡素で小型であり、光量損失、光学ノ
イズ、解像度低下が少なく、低コストで、ピクセルシフ
ト素子に適した速い応答性をもち、なおかつ、温度変化
に対し偏向量の安定した「液晶を用いる光偏向素子」と
これを用いた「光偏向装置」の実現を課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, the present invention has a simple structure and a small size, has a small light amount loss, optical noise, and a low resolution, is low in cost, and has a high responsiveness suitable for a pixel shift element. It is an object to realize an “optical deflector using liquid crystal” and a “optical deflector” using the same, which has a stable deflection amount against temperature changes.

【0010】この発明はまた、上記光偏向装置を用いた
新規な画像表示装置の実現を課題とする。
Another object of the present invention is to realize a novel image display device using the above-mentioned light deflecting device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この発明の光偏向素子
は、1対の透明な基板と、液晶層と、垂直配向膜と、1
以上の電極対とを有する。
A light deflection element according to the present invention comprises a pair of transparent substrates, a liquid crystal layer, a vertical alignment film, and 1
It has the above electrode pairs.

【0012】「1対の透明な基板」はスペーサ手段によ
り所定の間隔を隔して対向される。
The "pair of transparent substrates" are opposed to each other with a predetermined interval by spacer means.

【0013】「液晶層」は、1対の基板間に層状に保持
され、常温でキラルスメクチックC相を形成可能であ
る。ここに言う常温は、光偏向素子が使用される一般的
状況において光偏向素子の温度の変動する範囲を言う。
The "liquid crystal layer" is held as a layer between a pair of substrates and is capable of forming a chiral smectic C phase at room temperature. The normal temperature mentioned here refers to a range in which the temperature of the light deflection element fluctuates in a general situation where the light deflection element is used.

【0014】「垂直配向膜」は、少なくとも一方の基板
の液晶層に接触する側の面に形成されて液晶層を垂直配
向する。
The "vertical alignment film" is formed on the surface of at least one of the substrates which is in contact with the liquid crystal layer and vertically aligns the liquid crystal layer.

【0015】「1以上の電極対」は、液晶層に対し、層
厚方向に略直交する方向に電界を印加可能に配置され
る。
The "one or more electrode pairs" are arranged so that an electric field can be applied to the liquid crystal layer in a direction substantially orthogonal to the layer thickness direction.

【0016】請求項1記載の光偏向素子は以下の点を特
徴とする。即ち、液晶層が「キラルスメクチックC相よ
り高温において、スメクチックA相を形成しない液晶材
料」で構成されている。
The optical deflector according to claim 1 is characterized by the following points. That is, the liquid crystal layer is composed of "a liquid crystal material that does not form a smectic A phase at a temperature higher than that of the chiral smectic C phase".

【0017】キラルスメクチックC相はチルト角の温度
依存性が小さいので、光偏向素子の温度が変化しても光
路の偏向量の変化が小さく「温度変化によらず安定した
偏向量を得る」ことが可能となる。
Since the temperature dependence of the tilt angle of chiral smectic C phase is small, even if the temperature of the light deflection element changes, the change in the deflection amount of the optical path is small and "a stable deflection amount is obtained regardless of the temperature change". Is possible.

【0018】上記請求項1記載の光偏向素子の液晶層は
「末端鎖部、骨格部、スペーサ部、キラル末端部の順に
結合され、骨格部の少なくとも一部にエステル結合を有
し、エステル結合のカルボニル基がキラル末端部側に結
合されている分子構造」を有する液晶材料を1種以上含
むことができる(請求項2)。
The liquid crystal layer of the optical deflecting element according to the above-mentioned claim 1 has "an end chain portion, a skeleton portion, a spacer portion, and a chiral end portion which are bonded in this order, and at least a part of the skeleton portion has an ester bond. One or more kinds of liquid crystal materials having a molecular structure in which the carbonyl group is bound to the chiral terminal side can be included (claim 2).

【0019】上記材料により「スメクチックA相を形成
しない液晶材料」を確実に得ることができる、キラルス
メクチックC相でのチルト角の温度依存性が小さくなり
「温度変化によらず安定した偏向量」を確実に得ること
ができる。
With the above materials, a "liquid crystal material that does not form a smectic A phase" can be obtained with certainty, and the temperature dependence of the tilt angle in the chiral smectic C phase becomes small, and "a stable deflection amount regardless of temperature change". Can be surely obtained.

【0020】請求項1または2記載の光偏向素子は、液
晶層の液晶材料が「等方相あるいはキラルネマチック相
の状態から冷却してキラルスメクチックC相を形成させ
る工程の少なくとも一定期間において、外部電界を印加
されたもの」であることができる(請求項3)。
According to another aspect of the optical deflecting element of the present invention, the liquid crystal material of the liquid crystal layer is cooled from the state of the isotropic phase or the chiral nematic phase to form the chiral smectic C phase, at least for a certain period of time in the external phase. To which an electric field has been applied ”(Claim 3).

【0021】このように「キラルスメクチックC相を形
成する温度において外部電界を印加する」ことにより、
液晶分子の配向方向が不揃いになる微小ドメインの発生
を防止でき、液晶層全体での配向方向の均一性を向上さ
せることができ、微小ドメイン境界部での光散乱や各微
小ドメイン間での光偏向量の差異を防止でき、光の散乱
等を防止して、均一な光偏向動作を行うことが出来る。
Thus, by "applying an external electric field at a temperature at which a chiral smectic C phase is formed",
It is possible to prevent the generation of minute domains in which the alignment directions of the liquid crystal molecules are not uniform, improve the uniformity of the alignment direction in the entire liquid crystal layer, and to scatter light at the boundaries of the minute domains and the light between each minute domain. It is possible to prevent a difference in the amount of deflection, prevent light scattering, etc., and perform a uniform light deflection operation.

【0022】この発明の光偏向装置は上記請求項1また
は2または3記載の光偏向素子を用い、光偏向素子の電
極対の電極間に電圧を印加して液晶層に電界を印加する
「電界印加手段」を有し、印加電界の強度と向きに応じ
て液晶層の平均的な光学軸の傾斜方向を変化させて直線
偏光の透過光路を偏向することを特徴とする(請求項
4)。
The optical deflecting device of the present invention uses the optical deflecting element according to claim 1, 2 or 3, and applies a voltage between the electrodes of the electrode pair of the optical deflecting element to apply an electric field to the liquid crystal layer. "Applying means" for changing the average optical axis tilt direction of the liquid crystal layer according to the strength and direction of the applied electric field to deflect the transmission path of linearly polarized light (claim 4).

【0023】この請求項4記載の光偏向装置は「光偏向
素子への入射光の偏光方向を液晶層の平均的な光学軸の
傾斜方向と一致させる偏光方向制御手段」を有すること
ができる(請求項5)。
The optical deflector according to the present invention can have "a polarization direction control means for making the polarization direction of the light incident on the light deflection element coincident with the average inclination direction of the optical axis of the liquid crystal layer" ( Claim 5).

【0024】このようにすると、入射光が無偏光の光で
あっても、偏光方向制御手段を透過した光、即ち、光路
の偏向方向である「電界印加時の液晶層の平均的な光学
軸の傾斜方向」に平行な偏光方向の光のみが光偏向素子
に入射するので、偏向されない光の発生が防止され、偏
向動作のコントラストが向上する。
By doing so, even if the incident light is non-polarized light, the light transmitted through the polarization direction control means, that is, the deflection direction of the optical path "the average optical axis of the liquid crystal layer when an electric field is applied Since only light having a polarization direction parallel to the "tilt direction" is incident on the light deflection element, generation of undeflected light is prevented and the contrast of the deflection operation is improved.

【0025】請求項6記載の光偏向装置は、請求項4記
載の光偏向装置を2個「各光偏向装置における電界の印
加方向が互いに略直交する」ようにして光の進行方向へ
互いに略平行に配列し、光入射側の光偏向装置の入射側
に「入射光の偏光方向を、光入射側の光偏向装置におけ
る光偏向素子の液晶層の平均的な光学軸の傾斜方向と一
致させる偏光方向制御手段」を配し、両光偏向装置間に
「偏光面を90度旋回させる偏光面回転手段」を有す
る。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the optical deflector according to the fourth aspect, wherein the two optical deflectors according to the fourth aspect are arranged such that the electric field application directions in the respective optical deflectors are substantially orthogonal to each other, and the optical deflectors are substantially in the light advancing direction. "The polarization direction of the incident light is aligned with the average optical axis inclination direction of the liquid crystal layer of the light deflecting element in the light deflecting device on the light incident side. "Polarization direction control means" is disposed, and "polarization plane rotation means for rotating the polarization plane by 90 degrees" is provided between both light deflectors.

【0026】このように、一方向への偏向が可能な光偏
向素子を2枚組み合わせ、両者の電界印加方向を90度
回転させて配置し、入射側の光偏向素子から射出した光
の偏向面を90度回転させて、第2の光偏向素子に入射
させることで、確実に2次元方向への光偏向が可能とな
る。
As described above, two optical deflecting elements capable of deflecting in one direction are combined, arranged so that the electric field applying directions of both are rotated by 90 degrees, and the deflecting surface of the light emitted from the incident side optical deflecting element is arranged. Is rotated by 90 degrees and is incident on the second light deflection element, it is possible to reliably perform light deflection in the two-dimensional direction.

【0027】この発明の画像表示装置は、画像表示素子
と、照明装置と、光学装置と、表示駆動手段と、光偏向
装置とを有する。「画像表示素子」は、画像情報に従っ
て光を制御可能な複数の画素が2次元的に配列したもの
であり、液晶ライトバルブを好適に用いることができ
る。「照明装置」は、光源を含み、光源からの光で画像
表示素子を照明する。
The image display device of the present invention has an image display element, an illuminating device, an optical device, a display driving means, and a light deflecting device. The “image display element” is a two-dimensional array of a plurality of pixels capable of controlling light according to image information, and a liquid crystal light valve can be preferably used. The “illuminator” includes a light source and illuminates the image display element with light from the light source.

【0028】「光学装置」は、画像表示素子に表示した
画像パターンを観察するためのものである。「表示駆動
手段」は、画像フィールドを時間的に分割した複数のサ
ブフィールドを形成する。
The "optical device" is for observing the image pattern displayed on the image display element. The "display driving means" forms a plurality of subfields obtained by temporally dividing the image field.

【0029】「光偏向装置」は、各画素からの射出光の
光路を偏向するものであって、上記請求項4または5ま
たは6記載のものが用いられる。
The "optical deflector" is for deflecting the optical path of the light emitted from each pixel, and the one described in claim 4 or 5 or 6 is used.

【0030】この画像表示装置は「サブフィールド毎の
光路の偏向状態に応じて表示位置がずれた状態の画像パ
ターンを表示することにより、画像表示素子の画素数を
見かけ上増倍して表示」する(請求項7)。
This image display device "displays an image pattern in which the display position is shifted according to the deflection state of the optical path for each subfield, so that the number of pixels of the image display element is apparently multiplied and displayed." (Claim 7).

【0031】この画像表示装置は、自発分極を発現する
キラルスメクチックC相液晶層の平均的な光学軸の傾斜
方向の切換えを利用した光偏向装置を用いているので、
サブフィールド画像に対応して、高速な光路偏向が可能
で、見かけ上高精細な画像表示が可能である。
Since this image display device uses a light deflecting device utilizing the switching of the inclination direction of the average optical axis of the chiral smectic C-phase liquid crystal layer exhibiting spontaneous polarization,
High-speed optical path deflection is possible corresponding to subfield images, and high-definition image display is apparently possible.

【0032】また、キラルスメクチックC層の持つ「高
速応答性」により、サブフィールド画像の切換え時間を
短くできるので時間的な光利用効率が高く、液晶層の
「光学軸の傾斜角度」の温度依存性が小さいので、装置
内温度変化をある程度許容でき、冷却機構を簡略化でき
る。
Further, the "fast response" of the chiral smectic C layer makes it possible to shorten the switching time of the subfield image, so that the light utilization efficiency in time is high and the temperature dependence of the "tilt angle of the optical axis" of the liquid crystal layer. Since the property is small, the temperature change in the device can be allowed to some extent, and the cooling mechanism can be simplified.

【0033】上記画像表示装置における「ピクセルシフ
トを行うのに必要な光偏向の時間」は以下のように見積
ることができる。
The "time of light deflection required to perform pixel shift" in the above image display device can be estimated as follows.

【0034】画像フィールド(時間:tField)を
時間的にn分割し、各n個のサブフィールド毎に画像表
示素子と光学部材との間の光路を偏向してピクセルシフ
トのシフト位置をn箇所に定めた場合、1つのサブフィ
ールドの時間:tSFは tSF=tField/n で表される。
The image field (time: t Field ) is temporally divided into n, and the optical path between the image display element and the optical member is deflected for every n sub-fields to shift pixel shift positions to n positions. , The time of one subfield: t SF is represented by t SF = t Field / n.

【0035】時間:tSFの間に光偏向がなされるが、
その時間を「tshift」とすると、時間:t
shiftの間は表示を行えないため、時間:t
shiftに相当する分だけ光利用効率が低下する。
Time: The light is deflected during t SF ,
If the time is “t shift ”, time: t
Since it is not possible to display during shift , time: t
The light utilization efficiency is reduced by an amount corresponding to the shift .

【0036】光利用効率:Eは以下の式で定義される。Light utilization efficiency: E is defined by the following equation.

【0037】E=(tSF−tshift)/tSF 仮に、ピクセルシフト位置:nがn=4、画像フィール
ド:tFieldが16.7msとすると、90%以上
の光利用効率:Eを確保するための条件: 0.9<{(16.7/4)−tshift}/(1
6.7/4) を満足するtshiftの範囲は、 tshift<0.42(ms) となり、光偏向を0.42msで行う必要がある。キラ
ルスメクチックC相よりなる強誘電液晶では、その応答
速度を0.42ms以下に設定することが十分に可能で
ある。
E = (t SF -t shift ) / t SF If the pixel shift position: n is n = 4 and the image field: t Field is 16.7 ms, the light use efficiency: E of 90% or more is secured. Conditions for: 0.9 <{(16.7 / 4) -t shift } / (1
The range of t shift that satisfies 6.7 / 4) is t shift <0.42 (ms), and it is necessary to perform light deflection in 0.42 ms. The response speed of the ferroelectric liquid crystal composed of the chiral smectic C phase can be sufficiently set to 0.42 ms or less.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below.

【0039】図1は光偏向素子・光偏向装置の実施の1
形態を説明図的に示している。図1において(a)は上
面図、(b)は正面図、(c)は側面図である。
FIG. 1 shows a first embodiment of the optical deflector / optical deflector.
The form is explanatoryly shown. In FIG. 1, (a) is a top view, (b) is a front view, and (c) is a side view.

【0040】光偏向素子1は、(c)の側面図に示すよ
うに、所定の間隔を隔して対向された1対の透明な基板
2、3と、これら基板2、3間に層状に保持された「常
温でキラルスメクチックC相を形成可能」な液晶層5
と、少なくとも一方の基板2の「液晶層5に接触する側
の面」に形成された垂直配向膜4とを有する。
As shown in the side view of (c), the light deflection element 1 is composed of a pair of transparent substrates 2 and 3 opposed to each other with a predetermined interval, and a layered structure between these substrates 2 and 3. Retained liquid crystal layer 5 that "can form chiral smectic C phase at room temperature"
And a vertical alignment film 4 formed on the "surface on the side in contact with the liquid crystal layer 5" of at least one substrate 2.

【0041】そして、図1(a)、(b)に示すよう
に、液晶層5に対し、層厚方向に略直交する方向(図1
(a)で上下方向、(b)で左右方向)に電界を印加可
能に配置された1以上の電極対6(電極6a、6bで構
成される)とを有する。
Then, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), a direction substantially perpendicular to the layer thickness direction with respect to the liquid crystal layer 5 (see FIG.
It has one or more electrode pairs 6 (composed of electrodes 6a and 6b) arranged so that an electric field can be applied in the vertical direction in (a) and the horizontal direction in (b).

【0042】この実施の形態では、電極対6を構成する
個々の電極6a、6bが、1対の基板2、3の間に所定
の間隔を隔するための「スペーサ手段」を構成してい
る。勿論、スペーサ手段は、電極対とは別個に専用のも
のを用いても良い。液晶層5は「キラルスメクチックC
相より高温において、スメクチックA相を形成しない液
晶材料」で構成されている。
In this embodiment, the individual electrodes 6a and 6b constituting the electrode pair 6 constitute "spacer means" for separating a predetermined distance between the pair of substrates 2 and 3. . Of course, the spacer means may be a dedicated one separately from the electrode pair. The liquid crystal layer 5 is a “chiral smectic C”.
Liquid crystal material that does not form a smectic A phase at a temperature higher than the phase ”.

【0043】即ち、図1に示す光偏向素子1は、スペー
サ手段により所定の間隔を隔して対向された1対の透明
な基板2、3と、これら基板間に層状に保持され、常温
でキラルスメクチックC相を形成可能な液晶層5と、少
なくとも一方の基板2の液晶層5に接触する側の面に形
成された垂直配向膜4と、液晶層5に対し、層厚方向に
略直交する方向に電界を印加可能に配置された1以上の
電極対6とを有し、液晶層5が、キラルスメクチックC
相より高温において、スメクチックA相を形成しない液
晶材料で構成されている(請求項1)。
That is, the optical deflecting element 1 shown in FIG. 1 has a pair of transparent substrates 2 and 3 opposed to each other with a predetermined distance by a spacer means, and is held in layers between these substrates, and is kept at room temperature. A liquid crystal layer 5 capable of forming a chiral smectic C phase, a vertical alignment film 4 formed on a surface of at least one substrate 2 in contact with the liquid crystal layer 5, and a liquid crystal layer 5 substantially orthogonal to the layer thickness direction. And one or more electrode pairs 6 arranged so that an electric field can be applied in the direction in which the liquid crystal layer 5 has a chiral smectic C
It is composed of a liquid crystal material that does not form a smectic A phase at a temperature higher than the phase (claim 1).

【0044】図1(c)に示すように、電極対6の各電
極6a、6bを「電圧印加手段」である電源7に接続
し、電極6a、6b間に電圧を印加すると、液晶層5に
「層厚方向に略直交する方向に電界(図1(c)におけ
る「白抜き矢印」 電圧の極性に応じて、第1電界方向
と第2電界方向を取ることができる)」を印加すること
ができる。この印加電界の強度と向きに応じて「液晶層
5の平均的な光学軸の傾斜方向が変化」し、直線偏光の
透過光路が偏向される。
As shown in FIG. 1C, when the electrodes 6a and 6b of the electrode pair 6 are connected to a power source 7 which is a "voltage applying means" and a voltage is applied between the electrodes 6a and 6b, the liquid crystal layer 5 is formed. To "the electric field in the direction substantially orthogonal to the layer thickness direction (" white arrow in Fig. 1 (c) ", the first electric field direction and the second electric field direction can be taken depending on the polarity of the voltage)" be able to. The average tilt direction of the optical axis of the liquid crystal layer 5 changes according to the strength and direction of the applied electric field, and the transmission path of linearly polarized light is deflected.

【0045】従って、図1(c)に示す光偏向素子1と
電源7の組合せは「光偏向素子1の電極対6の電極6
a、6b間に電圧を印加して液晶層に電界を印加する電
界印加手段7を有し、印加電界の強度と向きに応じて、
液晶層5の平均的な光学軸の傾斜方向を変化させて直線
偏光の透過光路を偏向する光偏向装置(請求項4)」の
実施の1形態となっている。
Therefore, the combination of the light deflection element 1 and the power source 7 shown in FIG. 1C is "electrode 6 of electrode pair 6 of light deflection element 1".
An electric field applying means 7 for applying a voltage between a and 6b to apply an electric field to the liquid crystal layer is provided, and depending on the strength and direction of the applied electric field,
This is an embodiment of an optical deflecting device (claim 4) which changes the average inclination direction of the optical axis of the liquid crystal layer 5 to deflect the transmission light path of linearly polarized light.

【0046】図、1(c)に示すように、光偏向素子1
の基板2の側から、図の上下方向に直線偏光している光
を、基板2に直交するように入射させ、第1電界方向の
電界を印加すると、光偏向素子1を透過した光は、図1
(c)に示す第1射出光として、入射光よりも図の上方
へシフトして射出する。逆に、第2電界方向へ電界を印
加すると、光偏向素子1を透過した光は、図1(c)に
示す第2射出光として、入射光よりも図の下方へシフト
して射出する。
As shown in FIG. 1C, the optical deflector 1
When light linearly polarized in the vertical direction of the drawing is made incident on the substrate 2 from the side of the substrate 2 so as to be orthogonal to the substrate 2 and an electric field in the first electric field direction is applied, the light transmitted through the optical deflection element 1 is Figure 1
As the first emission light shown in (c), the light is shifted upward from the incident light and emitted. On the contrary, when an electric field is applied in the second electric field direction, the light transmitted through the light deflecting element 1 is emitted as the second emitted light shown in FIG. 1C, shifted downward from the incident light.

【0047】このように、図1の光偏向素子1では、設
けられた電極対が1対であるので、光の偏向は図1
(b)、(c)に示すように1次元的である。偏向方向
を2次元的とするには、上記電極対6のほかに第2の電
極対を設け、第2の電極対により印加される電界の方向
が、第1の電極対により印加される電界の方向に対し
て、例えば直交するようにすれば良い。
As described above, in the optical deflecting element 1 of FIG. 1, since the electrode pair provided is one pair, the deflection of light is as shown in FIG.
It is one-dimensional as shown in (b) and (c). In order to make the deflection direction two-dimensional, a second electrode pair is provided in addition to the electrode pair 6, and the direction of the electric field applied by the second electrode pair is the electric field applied by the first electrode pair. For example, it may be orthogonal to the direction.

【0048】ここで、液晶層5の材料につき説明する。
「スメクチック液晶」は、液晶分子の長軸方向(「液晶
ダイレクタ方向」と呼ばれる)が略揃っており、液晶分
子が方向を揃えたまま層状に配列している液晶相であ
る。このような液晶において、液晶分子の長軸方向が、
上記層の法線方向(「層法線方向」と呼ばれる)と一致
している液晶相を「スメクチックA相」と呼ぶ。
Here, the material of the liquid crystal layer 5 will be described.
The “smectic liquid crystal” is a liquid crystal phase in which the major axis directions of liquid crystal molecules (referred to as “liquid crystal director direction”) are substantially aligned, and the liquid crystal molecules are aligned in layers while aligning the directions. In such a liquid crystal, the major axis direction of the liquid crystal molecules is
A liquid crystal phase that coincides with the normal direction of the layer (called a "layer normal direction") is called a "smectic A phase".

【0049】スメクチック液晶の、液晶分子の長軸方向
が層法線方向に一致せず、層法線方向に対して傾斜して
いる液晶相は「スメクチックC相」と呼ばれる。スメク
チックC層において、液晶ダイレクタ方向が層法線方向
に対して傾斜する傾斜角度をチルト角:θと呼ぶ。スメ
クチックA層では、チルト角:θは0である。
The liquid crystal phase of the smectic liquid crystal in which the major axis direction of the liquid crystal molecules does not coincide with the layer normal direction and is inclined with respect to the layer normal direction is called "smectic C phase". In the smectic C layer, the tilt angle at which the liquid crystal director direction is tilted with respect to the layer normal direction is called a tilt angle: θ. In the smectic A layer, the tilt angle θ is 0.

【0050】スメクチックC相液晶では「液晶分子の各
層」内において、各液晶分子の液晶ダイレクタ方向は、
チルト角:θをもって同一方向を向いている。「キラル
スメクチックC相」と呼ばれる液晶層では、液晶材料は
分子構造中に不斉炭素を有し、外部電界:Eの作用しな
い状態では、各層毎に液晶ダイレクタ方向の方位角が螺
旋的に回転している「螺旋構造」をとる。キラルスメク
チックC相の反強誘性液晶では、各層毎に液晶ダイレク
タの方位角が対向する方向を向く。
In the smectic C-phase liquid crystal, in each "layer of liquid crystal molecules", the direction of the liquid crystal director of each liquid crystal molecule is
Tilt angle: The same direction with θ. In the liquid crystal layer called "chiral smectic C phase", the liquid crystal material has asymmetric carbon in the molecular structure, and the azimuth angle of the liquid crystal director direction spirally rotates in each layer in the state where the external electric field: E does not act. It takes a "helical structure". In a chiral smectic C-phase antiferrophilic liquid crystal, the azimuth angles of the liquid crystal directors face each other in each layer.

【0051】液晶分子がその長軸に垂直な方向に「永久
双極子成分」を持つと、チルト角:θに起因して自発分
極:Psが存在し、強誘電性が発現すると考えられてい
る。自発分極:Psと外部電界:Eにより定まる方向に
液晶分子が再配列することで光学特性が制御される。
When the liquid crystal molecule has a "permanent dipole component" in the direction perpendicular to its long axis, it is considered that spontaneous polarization: Ps exists due to the tilt angle: θ and ferroelectricity is exhibited. . Optical properties are controlled by rearranging liquid crystal molecules in a direction determined by spontaneous polarization: Ps and external electric field: E.

【0052】なお、液晶層5として「強誘電性液晶」を
例にとり光偏向素子1を説明するが、以下の説明は、反
強誘電性液晶の場合にも同様に成り立つものである。
The light deflection element 1 will be described by taking "ferroelectric liquid crystal" as the liquid crystal layer 5 as an example, but the following description is similarly applicable to the case of antiferroelectric liquid crystal.

【0053】キラルスメクチックC相を形成可能な液晶
材料は、一般に図2に示すような構造で表せる。すなわ
ち、中央の「骨格部」の片側は通常「アルキルまたはア
ルコキシ基の末端鎖」で、他方の側は「スペーサ部を介
してキラル部」が存在する。
A liquid crystal material capable of forming a chiral smectic C phase can be generally represented by the structure shown in FIG. That is, one side of the central "skeleton part" is usually the "terminal chain of an alkyl or alkoxy group", and the other side is the "chiral part through the spacer part".

【0054】ここでは「両端の環状分子(ベンゼン環、
シクロヘキサン環など)に挟まれた部分」を骨格部とす
る。非対称な骨格部では、キラル部が左右どちらの側に
付くかにより非常に異なった物性を示すことが多い。骨
格部がシッフ塩基系は、DOBAMBCをはじめ、多く
の材料が合成されたが、一般に加水分解しやすく安定性
に問題がある。
Here, "the cyclic molecules at both ends (benzene ring,
The portion sandwiched between cyclohexane rings) is the skeleton. The asymmetric skeleton often shows very different physical properties depending on whether the chiral part is attached to the left or right side. Many materials such as DOBAMBC were synthesized for the Schiff base system having a skeleton, but they are generally susceptible to hydrolysis and have a problem in stability.

【0055】アゾ系、アゾキシ系の材料も合成されてい
るが、光化学的劣化や着色などの問題点がある。ビフェ
ニル系やエステル系は化学安定性が良いので、シクロヘ
キサン環を含むもの、複素環を有するもの、環置換基の
導入されたものなどが用いられる。多環系化合物は一般
に、高温で液晶相をとり、粘性が高いと言う性質をも
つ。環置換基の導入は一般に融点の低下をもたらす。
Azo-based and azoxy-based materials have been synthesized, but they have problems such as photochemical deterioration and coloring. Since the biphenyl type and ester type have good chemical stability, those containing a cyclohexane ring, those having a heterocycle, and those having a ring substituent introduced are used. Generally, a polycyclic compound has a property of having a liquid crystal phase at high temperature and high viscosity. Introduction of ring substituents generally results in a lower melting point.

【0056】スペーサ部はキラル部の(CH2)nの部分
と共に骨格部と不斉炭素の間隔を与えるものであり、
「−O−」や「−OC2m−」、「−COOC
2m−」などである。骨格部やスペーサ部に含まれるエ
ステル結合の「C=0」は、通常自発分極の主たる寄与
を与えるので、「C=O」と「C*」の間隔は自発分極
の大きさに大きな影響を与える。
The spacer portion, together with the (CH 2 ) n portion of the chiral portion, provides a skeleton portion and an asymmetric carbon space,
"-O-" or "-OC m H 2m -", "- COOC m H
2m- "and the like. Since “C = 0” of the ester bond contained in the skeleton and the spacer usually gives the main contribution of spontaneous polarization, the interval between “C═O” and “C *” has a great influence on the magnitude of spontaneous polarization. give.

【0057】この発明の光偏向素子に用いる液晶材料
は、室温程度かそれ以下の温度で「結晶相からキラルス
メクチックC相に転移」し、50℃から100℃程度の
比較的高温域で「キラルスメクチックC相からキラルネ
マチック相あるいは等方相に1次転移」するものが用い
られる。
The liquid crystal material used in the light deflecting element of the present invention "transits from the crystalline phase to the chiral smectic C phase" at a temperature of about room temperature or lower, and exhibits "chiral" at a relatively high temperature range of about 50 ° C to 100 ° C. A material that undergoes a first-order transition from a smectic C phase to a chiral nematic phase or an isotropic phase is used.

【0058】光偏向素子の「使用可能な温度範囲」を広
く設定するためには、キラルスメクチックC相の温度範
囲が広いことが好ましいが、広すぎると等方相転移点な
ども高温化し、基板間に液晶層を注入する際の「基板の
処理温度」が高くなり過ぎるため好ましくない。
In order to set a wide "usable temperature range" of the light deflecting element, it is preferable that the temperature range of the chiral smectic C phase is wide. The "processing temperature of the substrate" at the time of injecting the liquid crystal layer is too high, which is not preferable.

【0059】光偏向素子の使用温度域を考慮すると、キ
ラルスメクチックC相の上限温度は50℃〜100℃の
間が好ましい。
Considering the operating temperature range of the light deflector, the upper limit temperature of the chiral smectic C phase is preferably between 50 ° C and 100 ° C.

【0060】電界が作用していない状態のキラルスメク
チックC相の液晶層に対して、層法線方向から偏光顕微
鏡によるコノスコープ像を観察すると、十字像が中央部
に位置しており、1軸性光学軸を有していることを確認
できる。
When a conoscopic image of a chiral smectic C-phase liquid crystal layer in a state in which no electric field is applied is observed by a polarization microscope from the layer normal direction, a cross image is located at the center, and a uniaxial image is obtained. It can be confirmed that it has a sex optical axis.

【0061】図3に、キラルスメクチックC相の液晶分
子配列のモデルを示す。図の上下方向が層法線方向であ
り、個々の液晶分子の長軸方向(液晶ダイレクタ方向)
がチルト角:θをなして、層法線方向に重なっている
(図は、キラルスメクチックC層の分子配列を代表させ
た「層法線方向における液晶分子の1列の重なり」を示
している)。同じ層に属する液晶分子の液晶ダイレクタ
方向は同じ方向を向いている。そして、層法線方向に
は、層の重なりに従い液晶ダイレクタ方向が「螺旋状」
に旋回している。
FIG. 3 shows a model of the alignment of liquid crystal molecules in the chiral smectic C phase. The vertical direction in the figure is the layer normal direction, and the major axis direction of each liquid crystal molecule (liquid crystal director direction).
Form a tilt angle: θ and are overlapped in the layer normal direction (the figure shows “one-line overlap of liquid crystal molecules in the layer normal direction” that represents the molecular arrangement of the chiral smectic C layer). ). The liquid crystal directors of the liquid crystal molecules belonging to the same layer face the same direction. Then, in the layer normal direction, the liquid crystal director direction is “spiral” as the layers overlap.
Is turning to.

【0062】外部電界:E=0の状態では、図3(a)の
ように螺旋構造における液晶ダイレクタの向きが空間的
に層法線方向に直交する方向において「等方的」である
ので、各液晶ダイレクタ方向を層法線方向に平均する
と、図3(a)の下図に示すように「平均された液晶ダ
イレクタ方向(以下「平均的な光学軸」という。)」は
層法線方向に向く。この状態においては、平均的な光学
軸に平行な入射光に対しては、キラルスメクチックC層
の液晶層は「光学的に等方的」である。
External electric field: In the state of E = 0, the orientation of the liquid crystal director in the spiral structure is "isotropic" in the direction orthogonal to the layer normal direction spatially as shown in FIG. 3 (a). When the liquid crystal director directions are averaged in the layer normal direction, the “averaged liquid crystal director direction (hereinafter referred to as“ average optical axis ”)” is in the layer normal direction as shown in the lower diagram of FIG. Turn to. In this state, the liquid crystal layer of the chiral smectic C layer is “optically isotropic” with respect to incident light parallel to the average optical axis.

【0063】キラルスメクチックC層の液晶層の「層法
線方向に直交する方向」に、0<E<Esの範囲の比較
的小さな電界:Eを印加すると、自発分極:Psへの電
界:Eの作用で、液晶分子に回転モーメントが生じるた
め、図3(b)に示すように、螺旋構造が歪んで非対称
となり「平均的な光学軸」は、図3(b)の下図に示す
ように一方向に傾く。電界:Eの強度増大と共に歪みが
大きくなり、平均的な光学軸の傾斜角も大きくなる。こ
れは、コノスコープ像の十字像の位置が移動することか
ら確認できる。
When a relatively small electric field: E in the range of 0 <E <Es is applied to the "direction orthogonal to the layer normal direction" of the liquid crystal layer of the chiral smectic C layer, spontaneous polarization: electric field to Ps: E As a result, a rotation moment is generated in the liquid crystal molecules, so that the helical structure is distorted and asymmetrical as shown in FIG. 3B, and the “average optical axis” is as shown in the lower diagram of FIG. 3B. Lean in one direction. Electric field: As the intensity of E increases, the distortion increases, and the average tilt angle of the optical axis also increases. This can be confirmed by the movement of the cross image of the conoscopic image.

【0064】電界強度:Eがさらに増加してある閾値電
界:Es以上になると、図3(c)に示すように螺旋構
造が消失して光学的に一軸性となる。この状態での光学
軸の傾斜角は液晶ダイレクタ方向のチルト角:θと等し
くなり、電界をさらに増加させてもチルト角:θは変化
せず、光学軸の傾斜角も一定となる。
When the electric field strength: E is further increased and becomes equal to or higher than the threshold electric field: Es, the spiral structure disappears and becomes optically uniaxial as shown in FIG. 3 (c). The tilt angle of the optical axis in this state is equal to the tilt angle in the direction of the liquid crystal director: θ, the tilt angle: θ does not change even if the electric field is further increased, and the tilt angle of the optical axis also becomes constant.

【0065】図1に示した光偏向素子1においては、キ
ラルスメクチックC相よりなる強誘電性液晶材料による
液晶層5は、垂直配向膜4により基板2、3面に垂直に
「螺旋構造」の螺旋軸が向いた所謂「ホメオトロピック
配向」をなす。
In the optical deflecting element 1 shown in FIG. 1, the liquid crystal layer 5 made of a ferroelectric liquid crystal material of chiral smectic C phase has a "helical structure" perpendicular to the substrates 2 and 3 by the vertical alignment film 4. It forms a so-called "homeotropic orientation" in which the spiral axis is oriented.

【0066】ホメオトロピック配向を実現する配向法と
しては、従来から知られた「ずり応力法、磁場配向法、
温度勾配法、SiO斜法蒸着法、光配向法」等を用いる
ことができる。また、シランカップリング剤による処理
などで行うこともできる。
As the orientation method for realizing the homeotropic orientation, there are known shearing stress method, magnetic field orientation method,
A temperature gradient method, a SiO oblique vapor deposition method, a photo-alignment method "or the like can be used. It can also be performed by treatment with a silane coupling agent.

【0067】光偏向素子1の特徴の一端は、構成が簡単
で製造コストを抑制でき、温度変化よる影響が少ないこ
とにある。また、キラルスメクチックC相は、スメクチ
ックA相やネマチック液晶に比較して極めて高速の応答
性を有し、サブミリ秒でのスイッチングが可能である。
特に、電界方向に対して液晶ダイレクタ方向が一義的に
決定されるため、スメクチックA相の液晶に比べダイレ
クタ方向の制御が容易で扱いやすい。
One of the features of the light deflection element 1 is that the structure is simple, the manufacturing cost can be suppressed, and the influence of temperature change is small. Further, the chiral smectic C phase has extremely high-speed responsiveness as compared with the smectic A phase and nematic liquid crystal, and can switch in sub millisecond.
In particular, since the liquid crystal director direction is uniquely determined with respect to the electric field direction, control of the director direction is easier and easier to handle than in the smectic A-phase liquid crystal.

【0068】また、ホメオロトピック配向のキラルスメ
クチックC相よりなる液晶層5は、ホモジニアス配向
(液晶ダイレクタが基板面に平行に配向している状態)
をとる場合に比して、液晶ダイレクタ方向の操作が基板
2、3からの規制力を受けにくく、外部電界方向の調整
で光偏向方向の制御が行いやすく、必要電界が比較的低
いという利点を有する。
The liquid crystal layer 5 made of the chiral smectic C phase with homeotopic alignment is in homogeneous alignment (the liquid crystal director is aligned parallel to the substrate surface).
Compared with the case where the above, the operation in the liquid crystal director direction is less likely to be restricted by the substrates 2 and 3, the light deflection direction can be easily controlled by adjusting the external electric field direction, and the required electric field is relatively low. Have.

【0069】液晶ダイレクタ方向がホモジニアス配向し
ている場合、電界方向だけでなく基板面に液晶ダイレク
タが強く依存するため、光偏向素子の設置についてより
位置精度が求められることになるが、ホメオロトピック
配向の場合は、光偏向に対して光偏向素子1の「セッテ
ィング余裕度」が大きい。
When the direction of the liquid crystal director is homogeneously aligned, the liquid crystal director strongly depends not only on the direction of the electric field but also on the surface of the substrate. Therefore, more positional accuracy is required for the installation of the light deflection element. In the case of orientation, the “setting margin” of the light deflection element 1 is large with respect to the light deflection.

【0070】これらの特徴を活かす上で、螺旋軸を厳密
に「基板面に垂直」に向ける必要はなく、或る程度傾い
ていても差し支えない。液晶ダイレクタ方向が基板2、
3からの規制力を受けずに2以上の方向を向くことが可
能であればよい。
In order to make full use of these features, it is not necessary to orient the spiral axis strictly "perpendicular to the substrate surface", and it may be tilted to some extent. The direction of the liquid crystal director is the substrate 2,
It suffices if it is possible to face in two or more directions without receiving the regulation force from 3.

【0071】光偏向素子1の動作原理を、図4、図5を
参照して説明する。図4は、図1に示す光偏向素子1に
おける液晶分子の配向状態と電極6a、6bによる電界
の印加を模式的に示している。図のように、X、Y、Z
方向を考えると、電界の印加方向はY方向である。「電
界の向き(前述の第1、第2電界方向)」は、目的とす
る光の偏向方向に対応して電源7により切換えられる。
The operation principle of the light deflecting element 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 4 schematically shows an alignment state of liquid crystal molecules and application of an electric field by the electrodes 6a and 6b in the light deflection element 1 shown in FIG. X, Y, Z as shown
Considering the direction, the application direction of the electric field is the Y direction. The "direction of the electric field (first and second electric field directions described above)" is switched by the power source 7 in accordance with the desired deflection direction of the light.

【0072】光偏向素子1に対する入射光は直線偏光
で、その偏光方向は図4中の矢印に示す通り上下方向
(Z方向)である。図示していないが、電極6a,6b
からの漏洩電界が光偏向素子1の周辺機器に影響しない
ように「電磁シールド」を設けるのが好ましい。
The incident light on the light deflection element 1 is linearly polarized light, and its polarization direction is the vertical direction (Z direction) as shown by the arrow in FIG. Although not shown, electrodes 6a and 6b
It is preferable to provide an "electromagnetic shield" so that the leakage electric field from the device does not affect the peripheral devices of the light deflection element 1.

【0073】図4において、Y軸方向に充分大きな電界
(前述のE≧Es)が印加されると、図5に示すよう
に、液晶層5内のXZ断面において、液晶分子8の液晶
ダイレクタ方向は、その電界方向によって第1または第
2の配向状態の何れかをとって分布する。各液晶分子の
永久双極子成分が長軸方向(液晶ダイレクタ方向)に直
交する方向であるので、第1、第2の配向状態は、上記
永久双極子成分が電界に平行になる状態である。即ち、
液晶分子8は「チルト角:θによる仮想的なコーン形状
に沿って回転可能」である。
In FIG. 4, when a sufficiently large electric field (E ≧ Es described above) is applied in the Y-axis direction, as shown in FIG. 5, in the XZ cross section in the liquid crystal layer 5, the direction of the liquid crystal molecules 8 in the liquid crystal director direction. Are distributed in either the first or second alignment state depending on the direction of the electric field. Since the permanent dipole component of each liquid crystal molecule is in the direction orthogonal to the major axis direction (liquid crystal director direction), the first and second alignment states are such that the permanent dipole component is parallel to the electric field. That is,
The liquid crystal molecules 8 are “rotatable along a virtual cone shape with a tilt angle: θ”.

【0074】液晶の自発分極:Psが正で、Y軸正方向
(紙面手前側向き)に電界:Eが作用しているとする
と、液晶分子8の回転軸は基板垂直方向であるためXZ
面内にある。液晶分子の長軸方向の屈折率をne、短軸
方向の屈折率をnoとすると、入射光として、偏光方向
をY軸方向に持つ直線偏光を選びX軸正方向に入射光が
進むとき、光は液晶層5内で常光として屈折率:noを
受け直進し、図5(a)中の「a」方向に進み、光偏向
を受けない。
If the spontaneous polarization Ps of the liquid crystal is positive and the electric field E is acting in the positive direction of the Y axis (toward the front side of the paper), the rotation axis of the liquid crystal molecules 8 is in the direction perpendicular to the substrate, and thus XZ.
Within the plane. Assuming that the refractive index in the long axis direction of the liquid crystal molecules is ne and the refractive index in the short axis direction is no, linearly polarized light having a polarization direction in the Y axis direction is selected as the incident light, and when the incident light advances in the positive X axis direction, The light receives the refractive index: no as ordinary light in the liquid crystal layer 5, goes straight, goes in the “a” direction in FIG. 5A, and is not subjected to light deflection.

【0075】図4に示す場合のように、偏光方向がZ方
向である直線偏光が入射すると、入射方向の屈折率は、
液晶ダイレクタ8の方向及び屈折率:no、neを主軸
に持つ屈折率楕円体において楕円体中心を通過する光の
方向との関係から求められる(このことは公知の光学的
事実であるのでここでの詳細は省略する)。
When linearly polarized light whose polarization direction is the Z direction is incident as in the case shown in FIG. 4, the refractive index in the incident direction is
Direction and refractive index of the liquid crystal director 8: In a refractive index ellipsoid having principal axes no and ne, it is obtained from the relationship with the direction of light passing through the center of the ellipsoid (this is a known optical fact, so here Details are omitted).

【0076】Z方向に直線偏光した光は、光偏向素子1
を透過すると「屈折率:no、ne及び前述の「平均的
な光学軸(チルト角:θに等しい)」に応じて偏向さ
れ、配向状態が図5(b)の第1であるか第2であるか
に応じて図5(a)の「b」もしくは「b’」のように
シフトする。
The light linearly polarized in the Z direction is converted into the light deflection element 1.
Is transmitted, the light is deflected according to the "refractive index: no, ne and the above-mentioned" average optical axis (equal to the tilt angle: θ) ", and the alignment state is the first or the second in FIG. 5B. Depending on whether or not it shifts like "b" or "b '" in FIG.

【0077】電界強度:EがEs以下の場合には、上記
傾斜角:θを、図3(b)の下図で説明した「光学軸の
傾斜角」とすればよい。
When the electric field strength E is Es or less, the tilt angle θ may be set to the “tilt angle of the optical axis” described in the lower diagram of FIG. 3B.

【0078】チルト角:θ(光学軸の傾斜角)と光路シ
フト量は、以下の関係を有する。液晶層5の層厚をdと
すると、シフト量:Sは上記屈折率:no、neと上記
dを用いて以下のように表される。
The tilt angle: θ (the tilt angle of the optical axis) and the optical path shift amount have the following relationship. Assuming that the layer thickness of the liquid crystal layer 5 is d, the shift amount S is expressed as follows using the above refractive indexes: no and ne and the above d.

【0079】 S=[(1/no)2−(1/ne)2]sin(2θ・d) ÷[2((1/ne)2sin2θ+(1/no)2cos2θ)] (1) 上記のようにZ方向に直線偏向した光に対し、液晶層5
に印加する電界の方向を制御することで、図5(a)の
「b」と「b’」との2つのシフト状態が可能であり、
光偏向素子1による最大シフト量:2Sを実現すること
ができる。
S = [(1 / no) 2 − (1 / ne) 2 ] sin (2θ · d) ÷ [2 ((1 / ne) 2 sin 2 θ + (1 / no) 2 cos 2 θ)] (1) The liquid crystal layer 5 receives the light linearly polarized in the Z direction as described above.
By controlling the direction of the electric field applied to, two shift states of “b” and “b ′” in FIG. 5A are possible,
It is possible to realize a maximum shift amount of 2S by the light deflection element 1.

【0080】1例として、no=1.55、ne=1.
70、d=30μmとして、傾斜角:θに対する光路シ
フト量:Sの変化を計算した結果を図6に示す。チルト
角:θが35度の場合では、2S=5(μm)の偏向量が
得られる。
As an example, no = 1.55, ne = 1.
FIG. 6 shows the result of calculation of the change in the optical path shift amount S with respect to the tilt angle θ when 70 and d = 30 μm. When the tilt angle θ is 35 degrees, a deflection amount of 2S = 5 (μm) is obtained.

【0081】以上の説明は「液晶層5の温度が一定」と
の条件の下でのものであるが、液晶層5の特性には温度
依存性が存在する。特に、チルト角:θの温度依存性に
対して液晶材料によって大きく2種類の分類される。
The above description is based on the condition that the temperature of the liquid crystal layer 5 is constant, but the characteristics of the liquid crystal layer 5 have temperature dependence. In particular, the liquid crystal material is roughly classified into two types with respect to the temperature dependence of the tilt angle: θ.

【0082】1つは「キラルスメクチックC相の高温側
にスメクチックA相が現れる材料」であり、チルト角:
θは温度:Tにより変化し、相転移点をTcとすると、 θ∝(T−Tc)β (2) の関係がある。「β」は材料により異なるが0.3〜
0.5程度の値をとる。この材料系では、特に相転移温
度付近でのチルト角:θの変化が大きく、光学特性を安
定化させるためには素子の温度制御が必要である。逆に
言えば、温度制御によって光学特性を制御することが出
来る。
One is "a material in which the smectic A phase appears on the high temperature side of the chiral smectic C phase", and the tilt angle:
θ changes with temperature: T, and if the phase transition point is Tc, there is a relation of θ∝ (T−Tc) β (2). "Β" varies depending on the material, but is 0.3-
It takes a value of about 0.5. In this material system, the change of the tilt angle: θ is large particularly near the phase transition temperature, and the temperature control of the element is necessary to stabilize the optical characteristics. Conversely speaking, optical characteristics can be controlled by temperature control.

【0083】他は「キラルスメクチックC相の高温側に
スメクチックA相が現れない材料」であり、相転移点:
Tc以上でキラルネマチック相あるいは等方相に転移す
る。この種の材料は相転移点で不連続的にチルト角:θ
が現れるが「キラルスメクチックC相でのチルト角:θ
の温度依存性」は比較的小さい。チルト角:θが温度に
より殆ど変化しない材料も報告されている。
Others are "materials in which the smectic A phase does not appear on the high temperature side of the chiral smectic C phase", and the phase transition point:
A transition to a chiral nematic phase or an isotropic phase occurs at Tc or higher. This type of material has a discontinuous tilt angle: θ at the phase transition point.
Appears, but "the tilt angle in the chiral smectic C phase: θ
The temperature dependence of is relatively small. A material in which the tilt angle: θ hardly changes with temperature has also been reported.

【0084】この発明の光偏向素子では液晶層の液晶材
料として、上記「キラルスメクチックC相の高温側にス
メクチックA相が現れない材料」を用いているので、温
度変化に対するチルト角:θの変化が少なく、従って、
光偏向量(上の例で「シフト量」)の変化が少ない。
In the light deflector of the present invention, since the above-mentioned "material in which the smectic A phase does not appear on the high temperature side of the chiral smectic C phase" is used as the liquid crystal material of the liquid crystal layer, the change of the tilt angle: θ with respect to the temperature change. Less, and therefore
There is little change in the light deflection amount (“shift amount” in the above example).

【0085】液晶層5の液晶材料は、図2の分子構造に
おいて「骨格部の少なくとも一部にエステル結合を有
し、エステル結合のカルボニル基がキラル末端部側に結
合されている液晶材料」を少なくとも一種以上含むこと
が好ましい(請求項2)。さらに、その末端鎖がアルコ
キシ基で、スペーサ部が「−O−」または「−OC
2m−」であることが好ましい。
The liquid crystal material of the liquid crystal layer 5 has the structure shown in the molecular structure of FIG. 2 as "a liquid crystal material having an ester bond in at least a part of the skeleton and a carbonyl group of the ester bond being bonded to the chiral terminal side". It is preferable that at least one kind is contained (Claim 2). Further, the terminal chain thereof is an alkoxy group, and the spacer portion is “—O—” or “—OC m H.
2 m − ”is preferable.

【0086】図7に「強誘電性液晶材料」の分子式の例
を示す。強誘電性液晶材料は、図7の上図の如き構成
で、スペーサ部、キラル部は等しく、骨格部はA〜Dに
示す如き構造である。
FIG. 7 shows an example of the molecular formula of the "ferroelectric liquid crystal material". The ferroelectric liquid crystal material has a structure as shown in the upper diagram of FIG. 7, the spacer portion and the chiral portion are the same, and the skeleton portion has a structure as shown in A to D.

【0087】図7:AおよびBの材料は、請求項2記載
のもので「骨格部のエステル結合中のカルボニル基がキ
ラル末端部側に結合され」ている。このような材料は
「キラルスメクチックC相の高温側にスメクチックA相
が存在せず、高温側ではキラルネマチック相が現」れ、
チルト角:θの温度依存性は小さい。
FIG. 7: The materials of A and B are those described in claim 2 and "the carbonyl group in the ester bond of the skeleton is bonded to the chiral terminal side". Such a material "has no smectic A phase on the high temperature side of the chiral smectic C phase and exhibits a chiral nematic phase on the high temperature side."
Tilt angle: θ has little temperature dependence.

【0088】これに対し、図7:CおよびDは、図7:
A、Bのものの「エステル結合の方向のみを逆にした」
ものであるが、このような液晶材料ではキラルスメクチ
ックC層の高温側にスメクチックA相が現れ、チルト
角:θの温度依存性は大きい。
In contrast, FIG. 7: C and D show FIG. 7:
For A and B, "only the direction of the ester bond was reversed"
However, in such a liquid crystal material, a smectic A phase appears on the high temperature side of the chiral smectic C layer, and the tilt angle: θ has a large temperature dependency.

【0089】光偏向素子1の液晶層5の液晶材料は「等
方相あるいはキラルネマチック相の状態から冷却してキ
ラルスメクチックC相を形成させる工程の少くとも一定
期間において、液晶層に外部電界を印加されている」こ
とが好ましい(請求項3)。
The liquid crystal material of the liquid crystal layer 5 of the light deflecting element 1 is subjected to an external electric field in the liquid crystal layer during at least a certain period of the process of cooling from the state of the isotropic phase or the chiral nematic phase to form the chiral smectic C phase. It is preferably “applied” (claim 3).

【0090】光偏向素子1を作製する際、液晶材料を
「等方相あるいはネマチック相」の温度で素子セル内
(基板2、3の間隙部)に注入し、キラルスメクチック
C相の温度まで冷却するが、相転移温度付近での液晶分
子の配列状態が「キラルスメクチックC相の配向の均一
性」に大きく影響する。
When manufacturing the light deflection element 1, a liquid crystal material is injected into the element cell (the gap between the substrates 2 and 3) at a temperature of "isotropic phase or nematic phase" and cooled to the temperature of the chiral smectic C phase. However, the alignment state of the liquid crystal molecules near the phase transition temperature greatly affects the “uniformity of the orientation of the chiral smectic C phase”.

【0091】高温でスメクチックA相を形成する液晶材
料の場合、図8(A)のように、垂直配向処理の効果に
より、スメクチックA相の状態で液晶分子は基板面に対
して垂直に均一配向しやすい。この均一配向状態から更
に冷却すると、相転移温度以下でチルト角:θが発現
し、均一配向を維持した図8(B)に示すようなキラル
スメクチックC相が得られる。
In the case of a liquid crystal material which forms a smectic A phase at a high temperature, liquid crystal molecules are uniformly aligned in the state of the smectic A phase in a state perpendicular to the substrate surface due to the effect of the vertical alignment treatment, as shown in FIG. 8A. It's easy to do. Further cooling from this uniform orientation state causes a tilt angle: θ below the phase transition temperature to obtain a chiral smectic C phase as shown in FIG. 8 (B) in which uniform orientation is maintained.

【0092】一方、この発明の光偏向素子に用いる「高
温でスメクチックA相を有しない液晶材料」の場合、液
晶分子が基板面に対して均一に垂直配向となる状態を通
過しない。
On the other hand, in the case of the "liquid crystal material having no smectic A phase at high temperature" used for the light deflecting element of the present invention, the liquid crystal molecules do not pass through the state of being uniformly vertically aligned with the substrate surface.

【0093】等方相やキラルネマチック相では、図8
(C)にキラルネマチック層として例示しているように
「配向膜近傍の液晶分子は垂直に配列しているが、層の
中央部分では分子配列はランダムあるいは螺旋構造」と
なっている。
In the isotropic phase and the chiral nematic phase, FIG.
As illustrated as a chiral nematic layer in (C), "the liquid crystal molecules in the vicinity of the alignment film are vertically aligned, but the molecular arrangement is random or spiral in the central portion of the layer".

【0094】このような「液晶分子の配列が不均一な状
態」から、冷却によりキラルスメクチックC相に転移す
ると、図8(D)のように、層中央の領域では「層の配向
方向の異なる微小ドメイン」を形成する場合がある。こ
の微小ドメインの存在は「光散乱による液晶層の白濁や
光偏向量(上の例でシフト量)の乱れ」などの原因とな
る。微小ドメインが発生した液晶層に強度の大きな横電
界を印加することで微小ドメインを消失させて均一化す
ることも出来るが、長時間の電圧印加が必要となり効率
的ではない。
When such a "state of non-uniform alignment of liquid crystal molecules" is transferred to the chiral smectic C phase by cooling, as shown in FIG. 8D, "the orientation directions of the layers are different in the central region of the layer. In some cases, "microdomain" is formed. The existence of the minute domains causes "white turbidity of the liquid crystal layer due to light scattering and disturbance of the light deflection amount (shift amount in the above example)". It is possible to eliminate and homogenize the fine domains by applying a high-intensity lateral electric field to the liquid crystal layer in which the fine domains are generated, but it is not efficient because voltage application is required for a long time.

【0095】請求項3記載の光偏向素子では、図8に示
すように「キラルスメクチックC相への相転移時に外部
電界を印加する」ことによって、容易にキラルスメクチ
ックC相の配向均一性を向上させることが出来る。外部
電界は直流電界でも交流電界でも良く、電界の方向や強
度は液晶材料の特性や配向膜の特性により適宜最適化す
ることができる。
In the optical deflector according to the third aspect, as shown in FIG. 8, by "applying an external electric field at the phase transition to the chiral smectic C phase", the orientation uniformity of the chiral smectic C phase can be easily improved. It can be done. The external electric field may be a DC electric field or an AC electric field, and the direction and strength of the electric field can be appropriately optimized depending on the characteristics of the liquid crystal material and the characteristics of the alignment film.

【0096】外部電界を印加するタイミングや時間も、
液晶材料の特性や配向膜の特性により適宜最適化するこ
とができる。このように、請求項3記載の発明では、光
偏向素子の液晶層5内における微小ドメインの発生が抑
制され、液晶層全体での配向方向の均一性を向上させる
ことができ、微小ドメイン境界部での光散乱や各ドメイ
ン間での光偏向量の差異を防止できる。
The timing and time for applying the external electric field are also
It can be appropriately optimized depending on the characteristics of the liquid crystal material and the characteristics of the alignment film. As described above, according to the third aspect of the present invention, the generation of the fine domains in the liquid crystal layer 5 of the light deflection element is suppressed, the uniformity of the alignment direction in the entire liquid crystal layer can be improved, and the fine domain boundary portion can be improved. It is possible to prevent light scattering at the position and a difference in the amount of light deflection between the domains.

【0097】光偏向素子1は、上述したように「光路偏
向方向、即ち、電界印加時の液晶分子の傾斜方向に平行
な偏光方向の直線偏光のみ」が光路の偏向を受け、これ
に直交する方向に偏光した直線偏光は偏向作用を受ける
ことなく光偏向素子1を透過する。従って、図1(b)
に示すように光偏向装置に「無偏光の光」を入射する
と、射出光が偏向を受けない成分を含み、光路偏向の有
無に対するコントラストが低下してしまう。
In the light deflecting element 1, as described above, "only the linearly polarized light in the optical path deflection direction, that is, the polarization direction parallel to the tilt direction of the liquid crystal molecules when an electric field is applied" is deflected in the optical path and is orthogonal thereto. The linearly polarized light polarized in the direction passes through the light deflection element 1 without being deflected. Therefore, FIG.
When “non-polarized light” is incident on the optical deflector as shown in (3), the emitted light contains a component that is not deflected, and the contrast with respect to the presence or absence of optical path deflection decreases.

【0098】請求項5記載の光偏向装置では、このよう
なコントラスト低下を防止するため「光偏向素子1への
入射光の偏光方向を液晶層5の平均的な光学軸の傾斜方
向と一致させる偏光方向制御手段」を有する。
In order to prevent such a decrease in contrast, the optical deflector according to the fifth aspect of the present invention "makes the polarization direction of the incident light on the optical deflection element 1 coincident with the average inclination direction of the optical axis of the liquid crystal layer 5. And a polarization direction control means ".

【0099】「偏光方向制御手段」としては、直線偏光
板を用いることが出来る。直線偏光板の偏光方向を、電
極6a、6bの長手方向(図4、図5においてZ方向)
に平行に合わせて、光偏向素子1の入射面側に設置す
る。
A linear polarizing plate can be used as the "polarization direction control means". The polarization direction of the linear polarizing plate is the longitudinal direction of the electrodes 6a and 6b (Z direction in FIGS. 4 and 5).
It is installed on the incident surface side of the light deflecting element 1 in parallel with.

【0100】このようにすると、入射光が無偏光の場合
でも、液晶分子の傾斜による光路偏向作用を受けない光
成分をカットするので、確実に光路偏向による光スイッ
チングを行うことが出来る。
By doing so, even if the incident light is non-polarized, the light component that is not subjected to the optical path deflecting action due to the inclination of the liquid crystal molecules is cut, so that the optical switching by the optical path deflection can be surely performed.

【0101】図9は、請求項6記載の光偏向装置の実施
の1形態を説明図的に示している。符号1A、1Bはそ
れぞれ光偏向装置を示す。光偏向素子1A、1Bは、構
造的には図1に即して説明した光偏向装置と同様である
が、図の簡略化のため、液晶層の液晶分子の配列状態
と、電極対と、電源のみを模式的に示している。光偏向
装置1Aは、図1に示したのと同じものであり、従っ
て、各部の符号を図1におけるのと同一にしている。こ
の光偏向装置では光偏向素子の液晶層には電極6a、6
bによりY方向の電界が印加される。
FIG. 9 is an explanatory view showing one embodiment of the optical deflecting device according to the present invention. Reference numerals 1A and 1B denote optical deflectors, respectively. The light deflecting elements 1A and 1B are structurally similar to the light deflecting device described with reference to FIG. 1, but for simplification of the drawing, an arrangement state of liquid crystal molecules in a liquid crystal layer, an electrode pair, Only the power supply is shown schematically. The light deflecting device 1A is the same as that shown in FIG. 1, and therefore the reference numerals of the respective parts are the same as those in FIG. In this optical deflector, electrodes 6a, 6 are provided on the liquid crystal layer of the optical deflector.
An electric field in the Y direction is applied by b.

【0102】光偏向装置1Bは構造的には光偏向装置1
Aと同様であるが、電源7bにより電圧を印加される電
極6a1、6b1による電界は、図のZ方向に印加され
る。
The optical deflector 1B is structurally the optical deflector 1
Similar to A, but an electric field generated by the electrodes 6a1 and 6b1 to which a voltage is applied by the power supply 7b is applied in the Z direction in the figure.

【0103】光偏向装置1Aの入射側には、入射光の偏
光方向をZ方向に揃えるための直線偏光板(偏光方向制
御手段)PLが配置されている。即ち、この直線偏光板
PLと光偏向装置1Aとの組合せは「請求項5記載の光
偏向装置」を構成する。
A linear polarization plate (polarization direction control means) PL for aligning the polarization direction of the incident light in the Z direction is arranged on the incident side of the optical deflector 1A. That is, the combination of the linear polarizing plate PL and the optical deflecting device 1A constitutes the "optical deflecting device according to claim 5."

【0104】光偏向装置1A、1B間には「偏光面を9
0度旋回させる偏光面回転手段」として、1/2波長板
15が配設されている。
Between the optical deflecting devices 1A and 1B, "a polarization plane is 9
A ½ wavelength plate 15 is provided as “polarization plane rotating means for rotating 0 °”.

【0105】即ち、図9の実施の形態は、請求項4記載
の光偏向装置1A、1Bを、各光偏向装置における電界
の印加方向が互いに略直交するようにして光の進行方向
へ、互いに略平行に配列し、光入射側の光偏向装置1A
の入射側に、入射光の偏光方向を「光偏向装置1Aの光
偏向素子における液晶層」の平均的な光学軸の傾斜方向
と一致させる偏光方向制御手段PLを配し、両光偏向装
置間に、偏光面を90度旋回させる偏光面回転手段15
を有する光偏向装置(請求項6)の実施の1形態であ
る。
That is, in the embodiment shown in FIG. 9, the optical deflecting devices 1A and 1B according to claim 4 are arranged so that the directions of application of the electric fields in the respective optical deflecting devices are substantially orthogonal to each other, and the optical deflecting devices 1A and 1B are arranged in the light traveling direction. Light deflecting device 1A on the light incident side, which is arranged substantially in parallel
A polarization direction control means PL for matching the polarization direction of the incident light with the inclination direction of the average optical axis of the "liquid crystal layer in the light deflecting device of the light deflecting device 1A" is disposed on the incident side of. In addition, the polarization plane rotating means 15 for rotating the polarization plane by 90 degrees
It is an embodiment of an optical deflecting device (claim 6) having the above.

【0106】1/2波長板15としては、通常市販され
ている可視光用のものをそのまま利用できる。この光偏
向装置に入射する光は、図9に示す通り、直線偏光板P
Lにより「Z軸方向の偏光方向」とされており、光進行
方向に対して前段側の光偏向素子1Aにより上下方向
(Z軸方向)に偏向を受けた後、1/2波長板15によ
って偏光方向を90°回転され「Y軸方向の偏光方向の
光」となって光偏向装置1Bに入射し、光偏向素子1B
で左右方向(Y軸方向)の偏向を受ける。
As the half-wave plate 15, a commercially available one for visible light can be used as it is. The light incident on the light deflector is, as shown in FIG.
It is defined as a “polarization direction in the Z-axis direction” by L, and is deflected in the vertical direction (Z-axis direction) by the optical deflecting element 1A on the front side with respect to the light traveling direction, and then by the ½ wavelength plate 15. The polarization direction is rotated by 90 ° and becomes “light in the polarization direction in the Y-axis direction” and enters the optical deflecting device 1B, and the optical deflecting element 1B
Is deflected in the left-right direction (Y-axis direction).

【0107】このような光偏向装置を用いると、上下方
向(Z軸方向)に2位置、左右方向(Y軸方向)に2位
置の光シフトが可能となり、光偏向装置全体では「合計
4位置に光をシフトさせる」ことができる。
When such an optical deflector is used, it is possible to shift the light by two positions in the vertical direction (Z-axis direction) and two positions in the horizontal direction (Y-axis direction), and the total amount of the optical deflector is "4 positions". Light can be shifted to.

【0108】図10は、請求項7記載の画像表示装置の
実施の1形態を示している。この画像表示装置は、画像
情報に従って光を制御可能な複数の画素が2次元的に配
列した画像表示素子84と、画像表示素子84を照明す
る照明装置81、82、83、87と、画像表示素子8
4に表示した画像パターンを観察するための光学装置8
5と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフ
ィールドを形成する表示駆動手段88と、各画素からの
射出光の光路を偏向する光偏向装置89とを有し、サブ
フィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位置がずれ
た状態の画像パターンを表示することにより、画像表示
素子84の画素数を見かけ上増倍して表示する画像表示
装置である。
FIG. 10 shows an embodiment of the image display device according to the present invention. This image display device includes an image display element 84 in which a plurality of pixels capable of controlling light according to image information are two-dimensionally arranged, illumination devices 81, 82, 83, 87 for illuminating the image display element 84, and image display. Element 8
Optical device 8 for observing the image pattern displayed on the display 4.
5, a display driving means 88 for forming a plurality of subfields obtained by temporally dividing the image field, and an optical deflecting device 89 for deflecting the optical path of the light emitted from each pixel. This is an image display device that displays an image pattern in which the display position is displaced according to the deflection state, thereby apparently multiplying the number of pixels of the image display element 84 for display.

【0109】光偏向装置89としては、請求項4または
5または6に記載のものが使用可能であり、これらは
「ピクセルシフト素子」として用いられる。
As the light deflection device 89, the device described in claim 4, 5 or 6 can be used, and these are used as "pixel shift elements".

【0110】符号81で示す「光源」は、LEDランプ
を2次元アレイ状に配列したものであり、光源ドライブ
部87により駆動されて発光する。光源81から発せら
れる光は拡散板82により拡散され、コンデンサレンズ
83を介して画像表示素子84を照明する。画像表示素
子84は「透過型液晶ライトバルブ」である。画像表示
素子84は液晶ドライブ部88による駆動で画像パター
ンを表示される。
The "light source" indicated by reference numeral 81 is a two-dimensional array of LED lamps, which is driven by the light source drive section 87 to emit light. The light emitted from the light source 81 is diffused by the diffusion plate 82 and illuminates the image display element 84 via the condenser lens 83. The image display element 84 is a “transmissive liquid crystal light valve”. The image display element 84 is driven by the liquid crystal drive unit 88 to display an image pattern.

【0111】光源ドライブ部87は「表示駆動手段」と
しての液晶ドライブ部88の駆動と同期して制御され、
照明光は画像表示素子84を「クリティカル照明」す
る。
The light source drive section 87 is controlled in synchronization with the drive of the liquid crystal drive section 88 as the "display drive means",
The illumination light “critically illuminates” the image display element 84.

【0112】画像表示素子84に表示された画像パター
ンに従って光強度を空間変調された光は画像光として光
偏向装置89を透過し、「画像パターンを観察するため
の光学装置」としての投射レンズ85によりスクリーン
88上に投射されて画像パターンとして結像する。
The light, the light intensity of which is spatially modulated according to the image pattern displayed on the image display element 84, passes through the light deflecting device 89 as image light and is projected by the projection lens 85 as an "optical device for observing the image pattern". Is projected on the screen 88 to form an image pattern.

【0113】このとき、画像光は光偏向装置89により
「画像表示素子84における画素の配列方向」に所定距
離シフトされる。液晶ドライブ部88は「画像フィール
ドを時間的に分割した複数のサブフィールド画像」を表
示するが、光偏向手段89は「複数のサブフィールド画
像毎の光路」の偏向を行い、これによりスクリーン86
上には「サブフィールド画像に応じて表示位置がずれた
画像パターン」が時間的にずれてを表示され、透過型液
晶ライトバルブ84の見掛け上の画素数を増倍して表示
する。
At this time, the image light is shifted by a predetermined distance in the "pixel arrangement direction in the image display element 84" by the light deflector 89. The liquid crystal drive unit 88 displays "a plurality of subfield images obtained by temporally dividing the image field", but the light deflecting means 89 deflects "an optical path for each of a plurality of subfield images", whereby the screen 86 is displayed.
The “image pattern whose display position is shifted according to the subfield image” is displayed on the upper side with a temporal shift, and the apparent number of pixels of the transmissive liquid crystal light valve 84 is multiplied and displayed.

【0114】光偏向手段89によるシフト量は、画像表
示素子84の画素配列方向に対して2倍の画像増倍を行
うことから、画素ピッチの1/2に設定される。シフト
量に応じ、画素表示素子84を駆動する画像信号をシフ
ト量分だけ補正することで、見掛け上高精細な画像を表
示することができる。
The shift amount by the light deflecting means 89 is set to 1/2 of the pixel pitch because the image multiplication is performed twice in the pixel arrangement direction of the image display element 84. By correcting the image signal that drives the pixel display element 84 by the shift amount according to the shift amount, an apparently high-definition image can be displayed.

【0115】光偏向手段89として、前述した各実施の
形態のような光偏向素子を用いるので、光の利用効率を
向上させ、光源の負荷を増加することなく観察者に「よ
り明るく高品質の画像」を提供できる。なお、光偏向手
段として請求項4または5または6に記載のものが使用
可能であるが、透過型液晶ライトバルブを透過した光は
直線偏光状態であるので、光偏向素子における「入射光
の偏光方向を液晶層の平均的な光学軸の傾斜方向と一致
させる偏光方向制御手段」は、透過型液晶ライトバルブ
が兼ねることになる。
Since the light deflection element as in each of the above-described embodiments is used as the light deflection means 89, the utilization efficiency of light is improved, and the observer is given "brighter and higher quality light without increasing the load on the light source." Image "can be provided. Although the light deflector according to claim 4 or 5 or 6 can be used, the light transmitted through the transmissive liquid crystal light valve is in a linearly polarized state. The transmission type liquid crystal light valve also serves as the "polarization direction control means" for aligning the direction with the average tilt direction of the optical axis of the liquid crystal layer.

【0116】この様なプロジェクター装置では光源の発
熱量が多く、装置内の温度は50度程度の高温になる。
光学素子は極僅かな光吸収によってさらに高温になる。
そのため、このような装置には冷却ファンを設けるのが
一般的である。
In such a projector device, a large amount of heat is generated from the light source, and the temperature inside the device becomes as high as about 50 degrees.
The optical element becomes even hotter due to the negligible light absorption.
Therefore, it is common to provide a cooling fan in such a device.

【0117】また、プロジェクター装置の電源投入時か
ら長時間使用時では装置内や光学素子の温度は大きく変
動するが、この温度変化を小さくするために冷却ファン
の能力を向上させると、冷却能力の向上に伴いファンの
動作音も大きくなる。
Further, the temperature of the inside of the projector and the optical element fluctuates greatly when the projector device is used for a long time after the power is turned on. However, if the capacity of the cooling fan is improved in order to reduce this temperature change, the cooling capacity is improved. With the improvement, the operating noise of the fan also becomes louder.

【0118】この発明の画像表示装置では、「光路シフ
ト量の温度依存性が小さい光偏向装置」を用いているの
で、装置内の冷却機構を簡略化あるい省略できる。
In the image display device of the present invention, since the "optical deflecting device whose optical path shift amount has a small temperature dependency" is used, the cooling mechanism in the device can be simplified or omitted.

【0119】[0119]

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げる。EXAMPLES Specific examples will be given below.

【0120】実施例1(光偏向素子・光偏向装置) 1対の透明な基板の個々として、基板面積:30mm×
40mm、厚さ:1.1mmの2枚のガラス基板のそれ
ぞれの片側面に、厚さ:0.6μmの垂直配向膜(日本
合成ゴム製 商品名:JALS2021)を形成した。
厚さ:30μm、幅:1mm、長さ:30mmの2つの
アルミ電極シートをスペース幅:30μmのスペーサ手
段とし、上記垂直配向膜を内面にして互いに向い合せ、
2枚のガラス基板を張り合わせた。
Example 1 (Optical Deflection Element / Optical Deflection Device) As a pair of transparent substrates, substrate area: 30 mm ×
A vertical alignment film (product name: JALS2021 made by Japan Synthetic Rubber) having a thickness of 0.6 μm was formed on one side surface of each of two glass substrates having a thickness of 40 mm and a thickness of 1.1 mm.
Two aluminum electrode sheets having a thickness of 30 μm, a width of 1 mm and a length of 30 mm are used as spacer means having a space width of 30 μm, and the vertical alignment films are opposed to each other with the vertical alignment film as an inner surface.
Two glass substrates were stuck together.

【0121】アルミ電極シートは互いに平行とし、両者
の間隔を2mmとした。ホットプレート上で基板を約9
5度に加熱した状態で、2枚の基板と2つのアルミ電極
シートとで囲繞された容積:30μm×2mm×30m
mの部分に「スメクチックA相を形成しない強誘電性液
晶」を毛管法にて注入した。
The aluminum electrode sheets were parallel to each other and the distance between them was 2 mm. Approximately 9 substrates on the hot plate
Volume heated by 5 degrees and surrounded by two substrates and two aluminum electrode sheets Volume: 30 μm × 2 mm × 30 m
"Ferroelectric liquid crystal that does not form a smectic A phase" was injected into the portion m by a capillary method.

【0122】上記強誘電性液晶としては、商品名:CS
2003(チッソ製)を用いた。
The above-mentioned ferroelectric liquid crystal has the trade name: CS
2003 (manufactured by Chisso) was used.

【0123】この液晶材料の相転移温度は、結晶/キラ
ルスメクチックC相:−14℃、キラルスメクチックC
相/キラルネマチック相:64℃、キラルネマチック相
/等方相:91℃である。25℃におけるチルト角:θ
は30°、複屈折:Δnは0.18(波長:546nm)
である。
The phase transition temperature of this liquid crystal material is as follows: crystal / chiral smectic C phase: -14 ° C., chiral smectic C
Phase / chiral nematic phase: 64 ° C, chiral nematic phase / isotropic phase: 91 ° C. Tilt angle at 25 ° C: θ
Is 30 °, birefringence: Δn is 0.18 (wavelength: 546 nm)
Is.

【0124】ホットプレートの温度を下げて冷却後、接
着剤で封止し、図1に即して説明したごとき光偏向素子
を作成した。この光偏向素子の入射面側に24.5μm
幅の「ライン/スペースのマスクパターン」を設け、マ
スクパターン側からコリメートした直線偏光で照明し
た。直線偏光の向きは、アルミ電極シートの長手方向と
同一に設定した。
After the temperature of the hot plate was lowered and cooled, the hot plate was sealed with an adhesive to prepare an optical deflection element as described with reference to FIG. 24.5 μm on the incident surface side of this optical deflector
A "line / space mask pattern" having a width was provided, and illumination was performed with collimated linearly polarized light from the mask pattern side. The direction of linearly polarized light was set to be the same as the longitudinal direction of the aluminum electrode sheet.

【0125】光偏向素子の温度が25℃の状態で、マス
クパターンを透過した光を光偏向素子の「2本のアルミ
電極シートの間」を通して顕微鏡で観察しつつ、パルス
ジェネレータと高速パワーアンプを用いて、アルミ電極
シート間に±400Vの矩形電圧を印加したところ、マ
スクパターンが平行にシフトして観測された。マスクパ
ターンや光偏向素子、顕微鏡は機械的に静止しているの
で、電気的に光路シフトすることが確認出来た。25℃
における光路シフト量は5.2μmであった。光偏向素
子を温風で加熱して50℃としたところ、光路シフト量
は5.0μmとなった。25〜50℃の温度変化に対
し、光路シフトの変化量は10%以内であり、実用上
「温度依存性の少ない光偏向素子」であると言える。
While the temperature of the light deflection element is 25 ° C., while observing the light transmitted through the mask pattern through the “between two aluminum electrode sheets” of the light deflection element with a microscope, the pulse generator and the high speed power amplifier are When a rectangular voltage of ± 400 V was applied between the aluminum electrode sheets, the mask pattern was observed to shift in parallel. Since the mask pattern, the light deflection element, and the microscope are mechanically stationary, it was confirmed that the optical path was electrically shifted. 25 ° C
The amount of optical path shift was 5.2 μm. When the light deflection element was heated with warm air to 50 ° C., the optical path shift amount was 5.0 μm. The change amount of the optical path shift is 10% or less with respect to the temperature change of 25 to 50 ° C., and it can be said that the optical deflector has practically no temperature dependence.

【0126】この光偏向素子の「電界を印加しないとき
の透過率(波長:550nm)」は80%であった。この
実施例1の光偏向素子は、電極間が2mmと狭いため、
液晶プロジェクタのピクセルシフト素子としての使用は
難しいが、レーザ光をシフトさせるための素子として有
効に使用できる。
The "transmittance (wavelength: 550 nm) when no electric field was applied" of this optical deflecting element was 80%. Since the distance between the electrodes of the optical deflecting element of Example 1 is as narrow as 2 mm,
Although it is difficult to use as a pixel shift element of a liquid crystal projector, it can be effectively used as an element for shifting laser light.

【0127】比較例(光偏向素子・光偏向装置) 液晶材料と液晶層の厚さを変えた以外は実施例1と同様
にした光偏向素子を作製した。
Comparative Example (Optical Deflection Element / Optical Deflection Device) An optical deflection element similar to that of Example 1 was prepared except that the thicknesses of the liquid crystal material and the liquid crystal layer were changed.

【0128】ここで用いた液晶材料はキラルスメクチッ
クC層より高温の領域において、スメクチックA相が存
在する。
The liquid crystal material used here has a smectic A phase in a region higher in temperature than the chiral smectic C layer.

【0129】液晶材料は、商品名:CS1029(チッ
ソ製)である。
The liquid crystal material is trade name: CS1029 (manufactured by Chisso).

【0130】相転移温度は、結晶/キラルスメクチック
C相:−18℃、キラルスメクチックC相/スメクチッ
クA相:73℃、スメクチックA相/キラルネマチック
相:86℃、キラルネマチック相/等方相:95℃であ
る。25℃のチルト角:θは25度、複屈折:Δnは
0.16(波長:546nm)である。チルト角が比較
的小さいため、液晶層の厚みが40μmとなるようにス
ペーサ手段の厚みを設定した。
The phase transition temperatures are as follows: crystal / chiral smectic C phase: -18 ° C, chiral smectic C phase / smectic A phase: 73 ° C, smectic A phase / chiral nematic phase: 86 ° C, chiral nematic phase / isotropic phase: 95 ° C. The tilt angle θ at 25 ° C. is 25 degrees, and the birefringence Δn is 0.16 (wavelength: 546 nm). Since the tilt angle is relatively small, the thickness of the spacer means was set so that the thickness of the liquid crystal layer was 40 μm.

【0131】実施例1と同様にして光路シフト量を測定
したところ、25℃において5.2μm、50℃におい
て4.0μmであった。25〜50℃の温度変化に対
し、光路シフトの変化量が20%程度あり実用上問題が
ある。この比較例のような光偏向素子では、温度制御手
段が必要となる。
When the optical path shift amount was measured in the same manner as in Example 1, it was 5.2 μm at 25 ° C. and 4.0 μm at 50 ° C. The change amount of the optical path shift is about 20% with respect to the temperature change of 25 to 50 ° C., which is a practical problem. The optical deflection element as in this comparative example requires the temperature control means.

【0132】実施例2(光偏向素子・光偏向装置) 実施例1と同様の素子を作成した。基板のサイズ、配向
膜、スペーサ手段を兼ねたアルミ電極シート、同シート
間隔、強誘電性液晶は、実施例1におけると同じであ
る。
Example 2 (Optical Deflection Element / Optical Deflection Device) An element similar to Example 1 was prepared. The size of the substrate, the alignment film, the aluminum electrode sheet also serving as the spacer means, the sheet interval, and the ferroelectric liquid crystal are the same as those in the first embodiment.

【0133】強誘電性液晶を2枚の基板と2つのアルミ
電極シートとで囲繞された容積部分に注入する工程にお
いて、2枚のアルミ板に挟んで、基板厚さ方向に電界を
印加できるようにしホットプレート上に設置した。温度
が70℃から60℃に下がる間に2枚のアルミ板に±2
000V、60Hzの交流電圧を印加した。
In the step of injecting the ferroelectric liquid crystal into the volume surrounded by the two substrates and the two aluminum electrode sheets, it is sandwiched between the two aluminum plates so that an electric field can be applied in the thickness direction of the substrates. It was placed on a hot plate. ± 2 on two aluminum plates while the temperature drops from 70 ℃ to 60 ℃
An alternating voltage of 000 V and 60 Hz was applied.

【0134】このようにして作製した光偏向素子の光路
シフト量は、25℃において5.2μm、50℃時の光
路シフト量は5.0μmであった。
The optical deflecting element thus manufactured had an optical path shift amount of 5.2 μm at 25 ° C. and an optical path shift amount of 5.0 μm at 50 ° C.

【0135】25〜50℃の温度変化に対し、光路シフ
トの変化量は10%以内であり、実用上「温度依存性の
少ない光偏向素子」であると言える。電界を印加しない
状態での透過率(波長:550nm)は88%であり、充
分な透過率が得られた。
With respect to the temperature change of 25 to 50 ° C., the change amount of the optical path shift is within 10%, and it can be said that it is a “optical deflection element with little temperature dependence” in practical use. The transmittance (wavelength: 550 nm) when no electric field was applied was 88%, and sufficient transmittance was obtained.

【0136】強誘電性液晶の冷却時に外部電界(交流電
界)を印加することで(この処理を行っていない)実施
例1の光偏向素子の透過率:80%に対し、8%の透過
率向上が実現した。冷却時の外部電界の作用により、キ
ラルネマチック相での液晶分子が垂直配向状態に近くな
り、キラルスメクチックC相の層構造の均一性が向上し
たためと考えられる。
By applying an external electric field (AC electric field) at the time of cooling the ferroelectric liquid crystal (without this treatment), the light deflecting element of Example 1 had a transmittance of 80% and a transmittance of 8%. Improvement has been realized. It is considered that the action of the external electric field during cooling brought the liquid crystal molecules in the chiral nematic phase closer to the vertical alignment state and improved the uniformity of the layer structure of the chiral smectic C phase.

【0137】実施例3 図9に示す如き構成の「画像表示装置(プロジェク
タ)」を作成した。画像表示素子として対角線長:0.
9インチXGA(1024×768ドット)のポリシリコ
ンTFT液晶ライトバルブ(透過型)を用いた。画素ピ
ッチは縦横ともに略18μmで画素の開口率は略50%
である。
Example 3 An “image display device (projector)” having the structure shown in FIG. 9 was prepared. Diagonal line length as an image display device: 0.
A 9-inch XGA (1024 × 768 dots) polysilicon TFT liquid crystal light valve (transmission type) was used. The pixel pitch is approximately 18 μm in both vertical and horizontal directions, and the pixel aperture ratio is approximately 50%.
Is.

【0138】画像表示素子の光源側にはマイクロレンズ
アレイを設けて照明光の集光率を高める構成とした。光
源としてはR(赤)G(緑)B(青p)の3色のLED
光源を用い、1枚の液晶ライトバルブに照射する光の色
を「高速に切換え」てカラー表示を行う、いわゆるフィ
ールドシーケンシャル方式を採用した。
A microlens array is provided on the light source side of the image display element to increase the condensing rate of the illumination light. LED of three colors of R (red) G (green) B (blue p) as a light source
A so-called field sequential system was adopted in which a light source is used to perform color display by "fast switching" of the color of light emitted to one liquid crystal light valve.

【0139】この実施例において、画像表示のフレーム
周波数:60Hz、ピクセルシフトによる4倍の画素増
倍のためのサブフィールド周波数:240Hz(60H
z×4)とした。1つのサブフレーム内をさらに3色分
に分割するため、各色に対応した画像を720Hzで切
換える。
In this embodiment, the frame frequency of image display is 60 Hz, and the subfield frequency for pixel multiplication of 4 times by pixel shift is 240 Hz (60 H).
z × 4). In order to further divide one sub-frame into three colors, images corresponding to each color are switched at 720 Hz.

【0140】液晶ライトバルブの各色画像パターンの表
示タイミングに合せ、対応した色のLED光源をオン/
オフすると、フルカラー画像を観察できる。
The LED light source of the corresponding color is turned on / off in accordance with the display timing of each color image pattern of the liquid crystal light valve.
When turned off, full color images can be observed.

【0141】実施例1において、アルミ電極シートの厚
さを50μm、電極間隔を20mmとした光偏向素子を
2個、互いの電極の長手方向が直交し、上記液晶ライト
バルブの画素の配列方向に一致するように配置した。こ
れら光偏向素子の間に「偏光面回転手段」として直線偏
光板を設けた。
In Example 1, two light deflecting elements each having an aluminum electrode sheet having a thickness of 50 μm and an electrode interval of 20 mm were formed. The longitudinal directions of the electrodes were orthogonal to each other, and they were arranged in the pixel array direction of the liquid crystal light valve. Arranged to match. A linear polarization plate was provided as a "polarization plane rotating means" between these light deflection elements.

【0142】液晶ライトバルブは透過光を直線偏光化す
る機能を持つので、これを偏光方向制御手段として、図
9の如くして請求項6の光偏向装置を構成した。
Since the liquid crystal light valve has a function of linearly polarizing the transmitted light, the light deflector of claim 6 is constructed as shown in FIG. 9 by using this as a polarization direction control means.

【0143】偏光面回転素子としての直線偏光板は以下
の如くして作製した。基板面積:30mm×40mm、
厚さ:0.15mmの薄いガラス基板上に、ポリイミド
系の配向材料をスピンコートして略0.1μmの配向膜
を形成し、ガラス基板のアニール処理後、ラビング処理
を行った。このようなガラス基板を2枚、周辺部に厚
さ:8μmのスペーサを挟んで、各基板のラビング方向
が直交するように張り合わせて空セルを作製した。
A linear polarizing plate as a polarization plane rotating element was produced as follows. Substrate area: 30 mm x 40 mm,
Thickness: A thin glass substrate having a thickness of 0.15 mm was spin-coated with a polyimide-based alignment material to form an alignment film having a thickness of approximately 0.1 μm, and the glass substrate was annealed and then rubbed. Two such glass substrates were sandwiched in the peripheral portion with a spacer having a thickness of 8 μm, and bonded together so that the rubbing directions of the respective substrates were orthogonal to each other to fabricate an empty cell.

【0144】この空セル中に、誘電率異方性が正のネマ
チック液晶にカイラル材を適量混合した材料を常圧下で
注入し、液晶分子の配向が90度捻じれたTN液晶セル
を作成して「直線偏光板」とした。液晶ライトバルブ側
の光路偏向素子から射出した光の偏光面と直線偏光板の
入射側面のラビング方向が一致するようにして、2つの
光路偏向手段の間に挟んで配置した。
A material obtained by mixing a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy with an appropriate amount of a chiral material was injected into this empty cell under normal pressure to prepare a TN liquid crystal cell in which the orientation of liquid crystal molecules was twisted by 90 degrees. "Linear polarizing plate". It was arranged between two optical path deflecting means so that the polarization plane of the light emitted from the optical path deflecting element on the liquid crystal light valve side and the rubbing direction of the incident side surface of the linear polarizing plate coincided with each other.

【0145】各光偏向素子に温度センサーを取付け、素
子温度をモニターした。各光偏向素子を駆動する矩形波
電圧の電圧を±5kV、周波数を120Hzとし、2つ
の光偏向素子の縦と横の位相を90度ずらし、4方向に
画素シフトするように駆動タイミングを設定した。この
条件での光偏向素子のシフト量は9μmであった。
A temperature sensor was attached to each light deflection element to monitor the element temperature. The rectangular wave voltage for driving each light deflecting element is ± 5 kV, the frequency is 120 Hz, the vertical and horizontal phases of the two light deflecting elements are shifted by 90 degrees, and the drive timing is set so as to shift the pixels in four directions. . The shift amount of the light deflection element under this condition was 9 μm.

【0146】液晶ライトバルブに表示するサブフィール
ド画像を240Hzで書き換えることで、縦・横2方向
に「見かけ上の画素数が4倍に増倍した高精細画像」を
表示できた。各光偏向素子のシフト切換え時間は略0.
2ミリ秒で、充分な光利用効率が得られた。フリッカー
などは観測されなかった。
By rewriting the subfield image displayed on the liquid crystal light valve at 240 Hz, "a high-definition image in which the apparent number of pixels is multiplied by 4" can be displayed in the vertical and horizontal directions. The shift switching time of each light deflecting element is approximately 0.
A sufficient light utilization efficiency was obtained in 2 milliseconds. No flicker was observed.

【0147】画像表示装置の電源投入直後、各光偏向素
子の温度は略25℃で、シフト量は9μmであった。約
30分使用後に各光偏向素子の温度は略50℃で飽和し
た。この状態でのシフト量は8.5μmであったが、シ
フト量の変化量が5%程度であり、目視評価で問題の無
い高精細で良好な画像をスクリーン上に表示できた。即
ち、光偏向素子に専用の温度制御機構を設けること無
く、安定した高精細画像を得ることが出来た。
Immediately after the power supply of the image display device was turned on, the temperature of each light deflection element was about 25 ° C., and the shift amount was 9 μm. After about 30 minutes of use, the temperature of each light deflection element was saturated at about 50 ° C. The shift amount in this state was 8.5 μm, but the change amount of the shift amount was about 5%, and it was possible to display a high-definition and good image on the screen without any problem by visual evaluation. That is, a stable high-definition image could be obtained without providing a dedicated temperature control mechanism for the light deflection element.

【0148】[0148]

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な光偏向素子・光偏向装置および画像表示装置を
実現できる。この発明の光偏向素子・光偏向装置は構成
が簡素であり低コストかつコンパクトに実現でき、高速
の応答性を持ち、ピクセルシフト素子としても効果的に
使用でき、なお且つ温度変化に伴なう光学特性の変化が
軽微であるので、専用の温度制御手段を必要とせずに、
温度変化に対して安定した光偏向を実現できる。
As described above, according to the present invention, a novel light deflection element / light deflection device and image display device can be realized. The optical deflector / optical deflector of the present invention has a simple structure, can be realized at low cost and compactly, has a high-speed response, can be effectively used as a pixel shift element, and is accompanied by a change in temperature. Since the change in optical characteristics is slight, there is no need for special temperature control means,
It is possible to realize stable light deflection with respect to temperature changes.

【0149】この発明の画像表示装置は、上記光偏向装
置をピクセルシフト素子として用いることにより、画素
数の少ない画像表示素子を用いつつも、見かけ上の画素
数を増倍して高精細な画像を表示することができ、ピク
セルシフト素子専用の温度制御手段を要しない。
The image display device of the present invention uses the above-mentioned light deflection device as a pixel shift element to increase the apparent number of pixels while using an image display element having a small number of pixels, thereby providing a high-definition image. Can be displayed, and the temperature control means dedicated to the pixel shift element is not required.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】光偏向素子の実施の1形態を説明するための図
である。
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of an optical deflecting element.

【図2】この発明の光偏向素子に用い得る強誘電性液晶
の基本構造を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a basic structure of a ferroelectric liquid crystal that can be used in the light deflection element of the present invention.

【図3】キラルスメクチックC層とこれに電界を印加し
たときの「平均化された光軸」の向きの変化を説明する
ための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a change in the direction of the “averaged optical axis” when a chiral smectic C layer and an electric field are applied to the chiral smectic C layer.

【図4】光偏向素子における光偏向を説明するための図
である。
FIG. 4 is a diagram for explaining light deflection in a light deflection element.

【図5】光偏向素子の動作原理を説明するための図であ
る。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation principle of the light deflection element.

【図6】チルト角とシフト量の関係の1例を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a relationship between a tilt angle and a shift amount.

【図7】強誘電性液晶材料の例を示し、A、Bはキラル
スメクチックC層より高温領域にスメクチックA層を持
たないもの、C、DはキラルスメクチックC層より高温
領域にスメクチックA層を持つものである。
FIG. 7 shows an example of a ferroelectric liquid crystal material, where A and B do not have a smectic A layer in a higher temperature region than the chiral smectic C layer, and C and D have a smectic A layer in a higher temperature region than the chiral smectic C layer. To have.

【図8】請求項3記載の発明を説明するための図であ
る。
FIG. 8 is a diagram for explaining the invention described in claim 3;

【図9】請求項6記載の光偏向装置の実施の1形態を説
明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining one embodiment of the optical deflecting device according to claim 6;

【図10】画像表示装置の実施の1形態としてのプロジ
ェクタを示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a projector as one embodiment of an image display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光偏向素子 2、3 透明な基板 4 垂直配向膜 5 液晶層 6 電極対 1 Optical deflection element A few transparent substrates 4 Vertical alignment film 5 Liquid crystal layer 6 electrode pairs

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松木 ゆみ 東京都大田区中馬込1丁目3番6号・株式 会社リコー内 (72)発明者 二村 恵朗 東京都大田区中馬込1丁目3番6号・株式 会社リコー内 (72)発明者 小林 正典 東京都大田区中馬込1丁目3番6号・株式 会社リコー内 (72)発明者 滝口 康之 東京都大田区中馬込1丁目3番6号・株式 会社リコー内 Fターム(参考) 2H088 EA45 GA04 HA06 HA10 JA17 MA09 2K002 AA07 AB04 BA06 CA14 DA14   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yumi Matsuki             1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo, stock             Company Ricoh (72) Inventor Emura Nimura             1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo, stock             Company Ricoh (72) Inventor Masanori Kobayashi             1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo, stock             Company Ricoh (72) Inventor Yasuyuki Takiguchi             1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo, stock             Company Ricoh F term (reference) 2H088 EA45 GA04 HA06 HA10 JA17                       MA09                 2K002 AA07 AB04 BA06 CA14 DA14

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】スペーサ手段により所定の間隔を隔して対
向された1対の透明な基板と、これら基板間に層状に保
持され、常温でキラルスメクチックC相を形成可能な液
晶層と、少なくとも一方の基板の上記液晶層に接触する
側の面に形成された垂直配向膜と、上記液晶層に対し、
層厚方向に略直交する方向に電界を印加可能に配置され
た1以上の電極対とを有し、 上記液晶層が、キラルスメクチックC相より高温におい
て、スメクチックA相を形成しない液晶材料で構成され
ていることを特徴とする光偏向素子。
1. A pair of transparent substrates opposed by a spacer means at a predetermined interval, and a liquid crystal layer which is held between these substrates in a layered form and is capable of forming a chiral smectic C phase at room temperature. For the vertical alignment film formed on the surface of one of the substrates in contact with the liquid crystal layer, and for the liquid crystal layer,
And one or more electrode pairs arranged so that an electric field can be applied in a direction substantially orthogonal to the layer thickness direction, wherein the liquid crystal layer is made of a liquid crystal material that does not form a smectic A phase at a temperature higher than that of the chiral smectic C phase. An optical deflection element characterized by being provided.
【請求項2】請求項1記載の光偏向素子において、 液晶層が、末端鎖部、骨格部、スペーサ部、キラル末端
部の順に結合され、骨格部の少なくとも一部にエステル
結合を有し、エステル結合のカルボニル基がキラル末端
部側に結合されている分子構造を有する液晶材料を1種
以上含むことを特徴とする光偏向素子。
2. The light deflection element according to claim 1, wherein the liquid crystal layer is bonded in the order of a terminal chain portion, a skeleton portion, a spacer portion, and a chiral terminal portion, and has an ester bond in at least a part of the skeleton portion, A light deflection element comprising at least one liquid crystal material having a molecular structure in which a carbonyl group of an ester bond is bonded to a chiral terminal side.
【請求項3】請求項1または2記載の光偏向素子におい
て、 液晶層の液晶材料が、等方相あるいはキラルネマチック
相の状態から冷却してキラルスメクチックC相を形成さ
せる工程の少なくとも一定期間において、外部電界を印
加されていることを特徴とする光偏向素子。
3. The optical deflection element according to claim 1, wherein the liquid crystal material of the liquid crystal layer is cooled from an isotropic phase or a chiral nematic phase to form a chiral smectic C phase at least for a certain period of time. An optical deflection element characterized in that an external electric field is applied.
【請求項4】請求項1または2または3記載の光偏向素
子を用い、 光偏向素子の電極対の電極間に電圧を印加して液晶層に
電界を印加する電界印加手段を有し、印加電界の強度と
向きに応じて、液晶層の平均的な光学軸の傾斜方向を変
化させて直線偏光の透過光路を偏向することを特徴とす
る光偏向装置。
4. The optical deflection element according to claim 1, 2 or 3, and further comprising an electric field applying means for applying a voltage between the electrodes of the electrode pair of the optical deflection element to apply an electric field to the liquid crystal layer. An optical deflecting device for deflecting a linearly polarized light transmission optical path by changing an average inclination direction of an optical axis of a liquid crystal layer according to the strength and direction of an electric field.
【請求項5】請求項4記載の光偏向装置において、 光偏向素子への入射光の偏光方向を液晶層の平均的な光
学軸の傾斜方向と一致させる偏光方向制御手段を有する
ことを特徴とする光偏向装置。
5. The optical deflector according to claim 4, further comprising a polarization direction control means for matching the polarization direction of the light incident on the light deflection element with the average inclination direction of the optical axis of the liquid crystal layer. Optical deflection device.
【請求項6】請求項4記載の光偏向装置を2個、各光偏
向装置における電界の印加方向が互いに略直交するよう
にして光の進行方向へ互いに略平行に配列し、光入射側
の光偏向装置の入射側に、入射光の偏光方向を液晶層の
平均的な光学軸の傾斜方向と一致させる偏光方向制御手
段を配し、両光偏向装置間に、偏光面を90度旋回させ
る偏光面回転手段を有することを特徴とする光偏向装
置。
6. The two light deflecting devices according to claim 4, which are arranged substantially parallel to each other in a light advancing direction such that electric field application directions in the respective light deflecting devices are substantially orthogonal to each other, and A polarization direction control means for arranging the polarization direction of the incident light to coincide with the average inclination direction of the optical axis of the liquid crystal layer is arranged on the incident side of the light deflecting device, and the polarization plane is swung 90 degrees between both light deflecting devices. An optical deflector having a polarization plane rotating means.
【請求項7】画像情報に従って光を制御可能な複数の画
素が2次元的に配列した画像表示素子と、 この画像表示素子を照明する照明装置と、 上記画像表示素子に表示した画像パターンを観察するた
めの光学装置と、 画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィール
ドを形成する表示駆動手段と、 各画素からの射出光の光路を偏向する光偏向装置とを有
し、 上記サブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位
置がずれた状態の画像パターンを表示することにより、
上記画像表示素子の画素数を見かけ上増倍して表示し、 上記光偏向装置として請求項4または5または6記載の
ものを用いることを特徴とする画像表示装置。
7. An image display device in which a plurality of pixels capable of controlling light according to image information are two-dimensionally arranged, an illumination device for illuminating the image display device, and an image pattern displayed on the image display device is observed. Each of the above subfields, an optical device for controlling the image field, a display driving unit that forms a plurality of subfields that temporally divide the image field, and a light deflecting device that deflects the optical path of the light emitted from each pixel. By displaying the image pattern in which the display position is displaced according to the deflection state of the optical path of
An image display device, wherein the number of pixels of the image display element is apparently multiplied and displayed, and the light deflection device according to claim 4 or 5 or 6 is used.
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